一、UPS蓄電池的選擇與維護

1 引言

計算機已在各行各業得到廣泛應用。作為直接關系到計算機軟硬件能否安全運行的一個重要因素——電源質量的可靠性應當成為中小企業首要考慮的問題。伴隨著計算機的誕生而出現的UPS(Uninterrupted Power Supply)現已被廣大計算機用戶所接受。UPS主要用于給單臺計算機、計算機網絡系統或其它電力電子設備提供不間斷的電力供應。目前，UPS正在被廣泛地應用于計算機、交通、銀行、證券、通信、醫療、工業控制等行業。

不少電氣工程人員在配置電源時，往往比較注重不間斷電源(UPS)主機的性能，忽視了對UPS配套蓄電池的選擇。不恰當的配套蓄電池選擇往往會造成UPS后備時間不足、電池不能放電等事故，嚴重影響UPS的質量。

2 UPS的工作原理及種類

2.1、UPS的工作原理

UPS電源一般是由常用電源和備用電源通過轉換開關組合而成，它們之間由邏輯電路進行控制，以保證在電網正�；蛲ｋ姞顟B下，整個系統都能可靠地工作。當市電正常時，UPS相當于一臺交流穩壓電源，它將市電穩壓后再供給計算機，與此同時，它還向UPS內蓄電池充電。當市電突然中斷時，UPS立刻轉

為逆變工作狀態，小容量的UPS一般能持續供電5～20 min，所以能保證計算機系統的正常退出，使軟硬件不受損失。圖1為電源UPS原理圖。

　圖1 UPS原理圖

2.2、UPS的種類

UPS的分類方法多種多樣，按功率大小可以分為大中小三種功率容量；按輸出波形可以分為方波、梯形波或者正弦波；按輸入輸出方式可以分為單相入單相出、三相入單相出或三相入三相出；按工作原理還可以分為動態UPS和靜態UPS兩大類。動態不間斷電源是依靠慣性飛輪存儲的動能來維持負載電能供應的連續性的，這種不間斷電源具有笨重、噪聲大、效率低、切換時間長等缺點，已被靜態不間斷電源所取代。靜態UPS以蓄電池組為儲能工具，市電正常時交流市電經整流后變為直流電并將電能存儲在蓄電池組中，當市電中斷時再由逆變器將蓄電池組中儲存的直流電轉變為交流電來維持向負載供電。根據工作方式的不同，靜態UPS又可分為后備式UPS、在線式UPS、在線互動式UPS和Delta變換型UPS四種類型，下面分別加以介紹。

1.后備式UPS

后備式UPS主要由充電器、蓄電池、逆變器和變壓器抽頭調壓式穩壓電源四部分組成。后備式UPS的工作原理如圖2所示。后備式UPS具有電路簡單、成本低、可靠性高的優點，但是其輸出電壓穩定精度差，市電掉電時負載供電有一段時間的中斷。另外受切換電流和動作時間的限制，輸出功率一般較小，一般后備式正弦波輸出UPS，容量在2kVA以下，后備式方波輸出UPS容量在lkvA以下。

圖2 后備式UPS原理圖

2.在線互動式UPS

在線互動式UPS，與在線式UPS相比，它省去了整流器和充電器，而由一個身兼二職的逆變器/充電器模塊配以蓄電池組構成，其原理框圖如圖3所示。

圖3 在線互動式UPS原理圖

在線互動式UPS具有效率高(可達98%以上)、結構簡單、成本低、可靠性高的優點，但是它大部分時間由市電直接給負載供電，輸出電壓質量差，市電掉電時交流旁路開關存在斷開時間，導致UPS輸出存在一定時間的電能中斷。

3.Delta變換型UPS

Delta變換型UPS又稱串并聯UPS，它主要由低通濾波器、Delta變換器和主變換器構成，其原理框圖如圖4所示。

圖4 Delta變換型UPS原理圖

Delta變換型UPS的優點是：①、負載電壓由主變換器的輸出電壓決定，輸出電能質量好。②、主變換器和Delta變換器只對輸出電壓的差值進行調整和補償，它們承擔的最大功率僅為輸出功率的20%(相當于輸入市電電壓的變化范圍)，所以整機效率高，功率余量大，系統抗過載能力強。③、輸入功率因數高，可達99%，輸入諧波電流小。但是Delta變換型UPS主電路和控制電路相對復雜，可靠性差。

4.在線式UPS

在線式UPS又稱串聯調整式UPS，目前絕大多數大中型UPS都是在線式的。在線式UPS一般由整流器、充電器、蓄電池組和逆變器等部分組成，其原理框圖如圖5所示。

圖5 在線式UPS原理圖

在線式UPS的特點是：①、不論市電正常與否，負載都由逆變器供電，所以當市電發生故障的瞬間，UPS的輸出電壓不會產生任何間斷。②、由于UPS逆變器采用高頻SPWM調制和輸出波形的反饋控制，可以向負載提供電壓穩定度高、波形畸變小、頻率穩定以及動態響應速度快的高質量的電能。③、全部負載功率都由逆變器提供，輸出能力受限制。④、整流器和逆變器都承擔全部負載功率，整機效率比較低。

二、通信電源蓄電池溫度的監測方法

通信電源蓄電池溫度的監測方案

通信電源被稱為通信系統的心臟，電源系統將直接影響通信系統的可靠性和穩定性。目前，通信系統電源供電大都是由不間斷的蓄電池提供的，蓄電池溫度過高勢必影響到電池的工作效率和壽命。因此對蓄電池的工作溫度進行實時的監測具有實際意義。美國APC公司的一項調查結果表明，大約有75％以上的通信系統故障都是由于電源設備故障而引起的。

議題內容：

蓄電池溫度監測系統的系統組成

蓄電池溫度監測系統的軟硬件設計

解決方案：

電壓、溫濕度采集、溫度采集

模塊之間的通信

數據顯示

系統組成

蓄電池溫度監測系統的原理框圖如圖1所示。主要由電壓、溫濕度采集、溫度采集、89S51單片機、鍵盤控制模塊、顯示電路模塊、通信模塊組成。該系統能完成6組或6組以上通信電池的溫度測量、1路機房環境測量(溫度、濕度測量)、2路直流電壓和2路交流電壓測量，傳輸數據距離大于200m。

硬件設計

1單片機選擇

該系統單片機選用89S51，該單片機采用0．35新工藝。成本降低，功能提升，與傳統的89C51單片機相比主要具有以下特點：

(1)功能增多，性能有了較大提升，價格基本不變；

(2)ISP在線編程功能；

(3)最高工作頻率為33MHz，計算速度更快；

(4)具有雙工UART串行通道；

(5)內部集成看門狗計時器；

(6)雙數據指示器；

(7)兼容性強，向下完全兼容51全部子系列產品。

2溫度傳感器的選擇及其與單片機的連接

溫度采集選用DS18B20，DS18B20具有獨特的單總線接口方式，通過串行通信接口(I／O)直接輸出被測溫度值接口方式，CPU只需一根端口線就可與DS18820實現雙向通信；在使用中不需要任何外圍元件；內含寄生電源，既可采用寄生電源，也可由VDD直接供電；允許電壓范圍是3．0～5．5V，進行溫度／數字轉換時的工作電流約為1．5mA，待機電流僅為1μA，典型功耗為5mW；溫度測量范圍為－55～125℃，在0～85℃之間，誤差小于0．5℃；支持多點組網功能，多個DS18B20可以掛接在一根總線上，可實現多點測溫；具有負壓特性，當電源極性接反時，溫度計不會因發熱而燒毀，但不能正常工作。

DS18B20和單片機的連接如圖2所示，由VCC直接供電，連接一個4．7kΩ左右的上拉電阻，DQ直接連到單片機的P1．0口上。

CPU對DS18B20的訪問流程是：對DS18B20初始化即ROM操作命令、存儲器(包括便箋式RAM和E2PROM)操作命令即數據處理。單總線上所有處理都從初始化開始，初始化時序由主機發出的復位脈沖和一個或多個從機發出的應答脈沖組成。主機接收到從機的應答脈沖后，說明有單總線器件在線，主機就可以開始對從機進行ROM命令和存儲器操作命令，使DS18B20完成溫度測量并將測量結果存人高速暫存儲器中，然后讀出此結果。

3交、直流電壓以及機房溫濕度的測量

直流電壓、交流電壓以及機房溫濕度的測量選用TLC1543，TLC1543為10位11通道的A／D轉換器，與單片機的連接如圖3所示。機房環境測量(溫度、濕度)采用JWS溫濕度變送器，輸出信號為標準0～5V直流電壓信號；直流電壓的數據采集經電阻分壓后直接送至A／D轉換器，交流電壓的采集經分壓整流后也直接送至A／D轉換器。

4顯示電路設計

溫度顯示采用6位LED，與單片機的連接如圖4所示。顯示模塊由8279鍵盤、顯示接口芯片和相應的驅動電路組成。8279的掃描線SLA～SLC在掃描過程中，可將芯片內部顯示單元的內容送到輸出數據線OA0～OA3和OB0～OB3掃描線經74HC138譯碼，作為多位LED數碼管的位選線，通過74LS04反相后，再經過位驅動芯片，用于對不同的數碼管進行位驅動。同時，用OA0～OA3和OB0～OB3送出的數據對應地驅動每個數碼管的8個顯示段，使6個數碼管輪流驅動發光。驅動芯片采用SN75491和SN75492，分別驅動數碼管的段和位顯示，保證6位數碼管都被點亮時需要的最大電流。

5通信模塊設計

為了滿足數據傳輸距離大于200m，通信采用75LBC180全雙工485芯片，單片機通信電平和計算機電平的轉換采用MAX232完成，如圖5所示。MAX232芯片是專為電腦的RS232標準串口設計的接口電路，使用+5V單電源供電。另外。RS232到RS485的轉換可采用專用的轉換器，如BOK－60或ATC－160A無源轉換器。

軟件設計

蓄電池溫度監測系統的軟件設計主要包括主程序、外部中斷子程序、顯示子程序等。圖6是該系統的主程序流程圖。用于完成對DS18B20的調用、中斷管理、測量溫度值的計算及溫度值的顯示等功能。主機89S51首先復位脈沖使信號線上所有的DS18B20芯片都被復位，接著發送跳過ROM操作命令，激活在線的所有DS18B20，然后系統轉人中斷處理流程，完成溫度轉換，讀取等工作。外部中斷子程序完成對溫度測量數據的讀取，顯示子程序完成液晶顯示器的初始化及顯示溫度值。

基于89S51和DS18B20的通信電源蓄電池溫度監測系統，接口簡單，占用微處理器的端口較少，可節省大量的引線和邏輯電路，與傳統裝置相比，具有結構簡單，成本低，可靠性和測溫精度高，功耗低，應用面廣等優點。

三、免維護蓄電池

免維護蓄電池

不斷電系統使用何種電池？

目前市面上所販賣不斷電系統，大多采用免加水、免保養的鉛酸電池，此種電池是密封式的，其內部是糊狀物質，利用化學變化而產生能量。對一般消費者而言，此類電池除了具有易于使用與保養外，如須更換時，在市面上能夠容易取得相同電池產品�！　�

電池的使用壽命有多長？

不斷電系統的供電來源是來自于內部的電池放電。電池老化的原因除了外部的環境因素之外，尚有內部化學變化所導致的電池老化。即使是將電池放置一旁，停滯不用，電池仍會出現此老化狀況。就一般經驗而言，電池的使用壽命為 2-3 年�！　�

電池如何保養？

定期對電池充放電是保養電池非常重要的工作。若您選用的 具有電池偵測功能，您可定期執行該項功能。若無此功能則可將 UPS 電源輸入端之插頭移除，仿真市電中斷，再觀察電池放電時間是否足夠?若不足時，則可考慮更換電池，以保持當電源中斷時能有足夠的放電時間，以利檔案儲存與系統的完全關閉。

何處可更換電池？

當您選購的 UPS 須進行電池更換時，可與該產品之服務據點或經銷商連絡　　

電池怎樣保養，壽命是多長？

1. 正常時，電池每隔3~6個月充、放電一次，放電后標準機的充電時間應不少于10小時。

2. UPS長期閑置不用，應3~6個月充電一次。

3.電池使用環境要求溫度在0℃到40℃之間，避免陽光直射并且保持清潔。

4.一般在室溫條件下，正常使用時密封免維護鉛酸電池的浮充使用壽命為3--5年　

UPS能否使用加水電池？　

可以，但是建議用戶使用免維護電池。因為在使用中有可能發生使用者遺忘加水、電池酸水淌出或電池氣體排放不好等等因素，造成電池壞死或影響UPS負載正常運行。另外，科士達UPS的充電器是針對鉛酸電池的特性而設計的，故不太適用于其他類型的電池�！�

UPS后備電池的配置是怎樣？

因電池放電時間與放電電流、環境溫度、負載類型、放電速率、電池容量等多因素相關，故實際放電時間無法直接用公式推導出�，F提供電池最大放電電流公式：

I=（Pcosφ）/（ηEi）

......其中P是UPS的標稱輸出功率;

.......cosφ是負載功率因數,PC、服務器一般取0.6~0.7;

......η是逆變器的效率,一般也取0.8;

.......Ei是電池放電終了電壓，一般指電池組的電壓。

將具體數據代入上式，求出電池最大放電電流后，即可從電池的各溫度下放電電流與放電時間的關系圖上查出相應的放電時間。請注意這里求出的是電池總放電電流值。當外接多組電池時則需求出單組電池的放電電流值�！　�

UPS能否選用減性電池？

此問題分兩種情況：一是用戶需用科士達的監控軟件。該情況下，則使用堿型電池后，監控軟件顯示的電池參數與實際情況會有差異。這給用戶使用會帶來困饒。二是用戶不用科士達的軟件。由于堿型電池的放電特性與酸性電池的特性差異較大。從電池放電至警報點（UPS一秒一叫）到UPS自動關機時間很短，用戶需在使用過程中必須特別注意；另外，堿型電池通常需要加液（一般為兩年一次），用戶使用不方便。