LPC2214的在线式UPS硬件设计

1 概 述
目前UPS主要发展方向有两个：一是新的功能不断加强，例如增加远程监视、自动诊断、识别、事件记录、故障警告等功能；二是自身效率的提高。采用高效率的IC芯片和新的制造工艺，使空载功耗不断地降低，功率密度进一步提高。紧凑密集的空间设计给小型电子设备的应用带来了新的解决方案。
将功能强大的嵌入式微处理器(本文选用LPC2214)系统引入UPS，可以增强UPS的功能，使其具有网络化、智能化的特性，满足许多无人职守基站的用电要求。用数字控制代替模拟控制，可以消除温漂、老化等模拟器件存在的问题；抗干扰能力强，有利于参数整定和调节；通用性强，便于通过改变程序软件方便地调整方案和实现多种新型控制策略；同时高度集成的数字电路可以减少元件数目，简化硬件结构，降低开发成本，并提高系统的可靠性。

2 系统硬件设计
无论市电正常与否，在线式UPS电源的逆变部分始终处于工作状态。逆变器提供稳压和调节功能，对电网供电起到“净化”作用，同时具有过载保护功能和较强的抗干扰能力，供电质量稳定可靠，在各种拓扑和配置结构的UPS类型中使用较为普遍。因此本文设计方案采用三阶转换的拓扑结构，即AC-DC-AC。
2．1 系统组成及工作原理
系统结构框图如图1所示。当市电正常时，市电输入UPS经滤波、PFC后，升压到400 V直流电；再经过逆变器逆变成220 V交流电，输向负载；同时400 V直流电经过Buck降压电路降压后给电池充电。当市电断电后，电池经Boost拓扑升压电路给总线供电，然后逆变成220 V交流电。LPC2214的A／D模块采集各个点的工作信息，主控芯片对数据进行分析，依据设定的参数进行判断，作出相应的变化，并将生成的相关记录信息存储到NANDFlash中。远程接口通过网络与上位机连接，用户可以在监控中心进行相关设定和远程控制。

2．2 ARM主控模块及驱动电路
LPC2214是支持实时仿真和跟踪的16／32位ARM7TDMI-S CPU微控制器。它带有256 KB的高速Flash存储器，128位宽度的存储器接口和独特的加速结构使32位代码能够在最高时钟频率下运行；拥有丰富的外围接口，如A／D转换器、PWM单元、32位定时器、向量中断控制器、串口、I2C接口等，可以简化硬件电路的设计，诸如A／D采集、PWM调制电路等；内部时钟频率可达60 MHz，A／D转换时间低至2．44μs，完全可以满足日益提高的UPS工作频率和功能要求。PFC、DC／DC、DC／AC是系统中主要的能量转换部分。DC／DC部分包括Buck电池充电电路、Boost电池升压电路。所有的PWM控制由单一的LPC2214完成。