UPS的設(shè)計(jì)流程與標(biāo)準(zhǔn)化

邱宜忠

（深圳市大富科技股份有限公司，廣東深圳518108）

引言

現(xiàn)代專(zhuān)業(yè)UPS電源公司，都有R&D研發(fā)部門(mén)，以求產(chǎn)品的創(chuàng)新發(fā)展和滿足客戶需求。然而對(duì)研發(fā)過(guò)程的管理卻有相當(dāng)?shù)睦щy，使得大批量生產(chǎn)總有或多或少的缺陷。本文詳細(xì)闡述了從客戶的spec.開(kāi)始，設(shè)計(jì)方案、選擇topology、繪制原理圖（包含計(jì)算元件的參數(shù)和運(yùn)用電子CAD軟件，如Altium畫(huà)出符合電氣規(guī)范的、美觀工整的原理圖來(lái)）、設(shè)計(jì)/計(jì)算磁性元件、PCB Layout（PCB Layout時(shí)就要全面考慮結(jié)構(gòu)，Safety&EMC）、制作調(diào)試樣機(jī)、驗(yàn)證測(cè)試（包括最終用戶的試用確認(rèn)），直到編寫(xiě)設(shè)計(jì)文檔資料的整個(gè)研發(fā)設(shè)計(jì)過(guò)程（見(jiàn)圖1所示）。

1 客戶的specifications

首先，一定要弄清楚最終用戶對(duì)UPS的真實(shí)需求。用戶的電網(wǎng)環(huán)境怎樣（電壓是偏高還是偏低），是否有備用發(fā)電機(jī)組（發(fā)電時(shí)的波形、頻率怎樣），需要的UPS是off-line還是on-line機(jī)器。負(fù)載允許UPS的供電切換時(shí)間是多少，GB/T 14715-93信息技術(shù)設(shè)備用不間斷電源通用技術(shù)條件5.1切換時(shí)間＜10 ms旁路開(kāi)關(guān)切換時(shí)間＜5 ms。當(dāng)然，大家在UPS和逆變器廠家的商業(yè)廣告詞中經(jīng)常看到或聽(tīng)到“零切換時(shí)間”，事實(shí)上在后備式UPS電源中怎么可能呢？那怕就是on-line機(jī)器，所謂的零切換時(shí)間也僅僅是指Line Mode，Battery Mode的切換而已，若是轉(zhuǎn)bypass切換時(shí)間那也是不可能為零的。要求電池模式的備用時(shí)間是多長(zhǎng)（UPS標(biāo)準(zhǔn)一般是5～10 min），此時(shí)又是在多大負(fù)載下給出的；雖然一般是指滿載all load情況，但用戶的實(shí)際負(fù)載情況卻多數(shù)不是這樣。

大多數(shù)情況，公司的RD都會(huì)和客戶詳細(xì)討論規(guī)格書(shū)。要注意的一種情況是，當(dāng)R&D designer設(shè)計(jì)工程師發(fā)現(xiàn)客戶的spec.不合理時(shí)，先是說(shuō)服引導(dǎo)客戶制定更合理的規(guī)格；如若不行，只要不是原則問(wèn)題，還是應(yīng)該“客戶至上”。

圖1 UPS設(shè)計(jì)流程圖

作為一個(gè)設(shè)計(jì)者，在開(kāi)始設(shè)計(jì)以前，必須將自己的疑問(wèn)提出來(lái)。問(wèn)題越早被提出來(lái)，越有利于后面的設(shè)計(jì)。或許需要辯析以下問(wèn)題：①UPS的工作環(huán)境有無(wú)特殊要求？包括溫濕度范圍（一般0～40℃，30%～90%）、污染等級(jí)、振動(dòng)以及其他的物理?xiàng)l件。②需要提供給load何種形式的UPS，工頻機(jī)或者高頻機(jī)？對(duì)應(yīng)每種方法，都有哪些不利的工作條件。③市場(chǎng)或客戶要求必須滿足何種安規(guī)和EMI/RFI標(biāo)準(zhǔn)？這不僅影響電氣方面的設(shè)計(jì)，還會(huì)影響結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。④必須適應(yīng)的負(fù)載PF范圍怎樣？負(fù)載電流是否存在沖擊性的特征，例如發(fā)電機(jī)、視頻監(jiān)視器、脈沖負(fù)載等。⑤UPS的各部分電路是否需要以一定的先后順序投入運(yùn)行？⑥可靠性要求有多高？對(duì)于MTBF要求很高的場(chǎng)合或許我們要采用并機(jī)冗余的方式。⑦UPS的維護(hù)要求是什么？這將決定采取何種保護(hù)措施和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，以滿足維護(hù)要求。

2 設(shè)計(jì)方案

何謂方案？方案設(shè)計(jì)在整個(gè)設(shè)計(jì)流程中處于什么地位呢？方案就是在售價(jià)或利潤(rùn)一定的條件下對(duì)產(chǎn)品的總體設(shè)計(jì)思想，It is a idea.。方案它包括UPS的電氣架構(gòu)確定、PCB的可能布局、體積重量的控制、PWM芯片或MCU的選用、大體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)、軟硬件的接口，甚至就連軟件準(zhǔn)備用什么語(yǔ)言編程、分成哪幾個(gè)模塊都應(yīng)有所考慮。

方案就是產(chǎn)品設(shè)計(jì)的方向，顯而易見(jiàn)若方向都錯(cuò)了，將是一個(gè)怎樣的后果呢？一是產(chǎn)品就設(shè)計(jì)不出來(lái)，不能結(jié)案；二是就算結(jié)了案，但可靠性較差，首批量產(chǎn)直通率很低或者后續(xù)大批量進(jìn)入市場(chǎng)客戶抱怨一大堆（事實(shí)上，有些問(wèn)題或許客戶沒(méi)發(fā)現(xiàn)、或許我們并沒(méi)有收到客戶的抱怨）；第三個(gè)可能性是UPS設(shè)計(jì)出來(lái)，可靠性也還不錯(cuò)，但是成本卻比較高。

影響這個(gè)階段設(shè)計(jì)的主要因素是：成本、重量和尺寸，在UPS內(nèi)部會(huì)有多少熱量產(chǎn)生，輸入電源特性，負(fù)載的噪聲容限，電池壽命，需要輸出電壓的組數(shù)及輸出特性，產(chǎn)品投向市場(chǎng)的時(shí)間。

只有綜合考慮上面提及的各種因素，權(quán)衡利弊，才能決定滿足最終產(chǎn)品需要的最優(yōu)技術(shù)。

3 選擇topology

設(shè)計(jì)UPS時(shí)，主要考慮的是采用何種基本拓?fù)洹７歉綦x型變換器經(jīng)典拓?fù)潆娐酚衎uck降壓、boost升壓兩種，隔離型變換器經(jīng)典拓?fù)潆娐酚形宸N：flyback單端反激式、forward單端正激式、pushpull推挽式、half-bridge半橋式、bridge全橋式。要選擇topology，當(dāng)然我們就必須先要弄清楚每種topology的架構(gòu)、優(yōu)缺點(diǎn)和大概適應(yīng)的功率范圍。

在一種應(yīng)用場(chǎng)合下，有多種拓?fù)淇梢怨ぷ鳎挥幸环N是在要求的成本范圍內(nèi)性能最好的[1]。表1總結(jié)了各種各樣拓?fù)浼捌湎鄳?yīng)的優(yōu)點(diǎn)。

4 繪制原理圖

設(shè)計(jì)工程師在手工畫(huà)草圖時(shí)，準(zhǔn)確地說(shuō)就是設(shè)計(jì)原理圖的過(guò)程。選用什么架構(gòu)，選用什么元器件，哪個(gè)廠家的，計(jì)算每個(gè)元器件的參數(shù)（有些元器件的參數(shù)無(wú)需什么計(jì)算，例如OP運(yùn)放的平衡電阻、各類(lèi)限流電阻1K或者10K、諸多去耦電容104等等）。

表1 PWM開(kāi)關(guān)電源拓?fù)涞谋容^

值得注意的是，通常設(shè)計(jì)者不見(jiàn)得關(guān)心電路的模塊化、信號(hào)的輸入/輸出方向，更不用說(shuō)會(huì)去關(guān)心手工草圖的美觀性。那么，CAD繪制原理圖是不是也如此呢？顯然不是，我們?cè)诶L制正式的原理圖時(shí)必須關(guān)心電路的模塊化、電壓/電流信號(hào)的流向，不要讓大家“找不著北”，只有你一個(gè)人清楚。電氣功能相關(guān)部分一定是盡可能畫(huà)在一起，盡可能畫(huà)在一張紙、一份原理圖上。當(dāng)然，按模塊、按PCB區(qū)分原理圖也是方法之一，且兩者并不矛盾。

原理圖繪制的流程：包括黑箱計(jì)算、輸入整流濾波的設(shè)計(jì)、輸出整流濾波的設(shè)計(jì)、功率開(kāi)關(guān)和驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)、控制器設(shè)計(jì)、環(huán)路設(shè)計(jì)、啟動(dòng)電路設(shè)計(jì)、保護(hù)電路設(shè)計(jì)和監(jiān)控功能設(shè)計(jì)。

黑箱計(jì)算就是把要設(shè)計(jì)的電源當(dāng)成一個(gè)黑盒（軟件中的黑盒/白盒概念）看待，只計(jì)算輸入/輸出的一些主要參數(shù)。它有助于設(shè)計(jì)者確定自己所選的拓?fù)涫欠裾_，同時(shí)可以知道接下來(lái)設(shè)計(jì)所需的一些重要的參數(shù)：包括輸出功率、輸入功率、平均輸入電流、輸入峰值電流以及選擇功率開(kāi)關(guān)管和整流電路。

每一種拓?fù)涠伎梢杂?jì)算出開(kāi)關(guān)管和整流電路上的電壓、電流應(yīng)力。設(shè)計(jì)過(guò)程中，可以在這個(gè)階段選好功率器件，提前采購(gòu)，從而節(jié)約寶貴的時(shí)間，以避免在樣機(jī)制作調(diào)試時(shí)需要等待。

監(jiān)控功能設(shè)計(jì)就是設(shè)計(jì)與軟件MCU的接口電路和一些附加功能，如RS232/RS485通信接口、SNMP卡、TVSS板等等。

5 計(jì)算磁性元件

磁性元件的計(jì)算是UPS設(shè)計(jì)的難點(diǎn)之一，實(shí)際上也是整個(gè)開(kāi)關(guān)電源的設(shè)計(jì)難點(diǎn)。磁性元件合理的電氣和物理設(shè)計(jì)對(duì)UPS的效率和可靠性有很大程度的影響。磁性元件的總體設(shè)計(jì)流程如下：⑴根據(jù)相應(yīng)的應(yīng)用場(chǎng)合和工作頻率選擇磁芯材料。⑵選擇的磁芯形狀要符合應(yīng)用場(chǎng)合的需要及符合有關(guān)的設(shè)計(jì)規(guī)范。⑶確定磁芯的尺寸，以滿足UPS能傳遞的輸出功率要求。⑷確定是否需要加氣隙gap，計(jì)算每個(gè)繞組的匝數(shù)，繞組是否繞得下？⑸考慮safety/耦合/漏感/EMI，確定繞線方法。⑹試驗(yàn)階段，反復(fù)驗(yàn)證電壓尖峰、輸出精度、紋波、交叉調(diào)整率和EMI。

變壓器分高頻變壓器（≥20 kHz）、中頻變壓器（400 Hz）和工頻變壓器（50 Hz，60 Hz）的計(jì)算，它們所用材質(zhì)是不一樣的。高頻變壓器一般使用鐵氧體（Ferrite cores）、非晶/超微晶，鐵氧體的工作頻率可以很高，但飽和磁通密度Bsat僅數(shù)千高斯（Gs）；非晶/超微晶的飽和磁通密度較高，但實(shí)際工作頻率一般只使用在20～50 kHz，且存在些噪音（磁致伸縮系數(shù)）。

還有驅(qū)動(dòng)變壓器PT，CT，它們的設(shè)計(jì)計(jì)算/材質(zhì)的選擇與功率變壓器是有差異的。設(shè)計(jì)互感器時(shí)為了保證檢測(cè)精度，要求激磁電流小，故應(yīng)選擇磁導(dǎo)率μ盡量高的材料。

電感類(lèi)型眾多，輸入共模電感、輸入差模電感、輸入PFC Boost電感、輸出共模電感、輸出濾波電感、磁性放大器 （magnetic amplify）、尖峰抑制器（spike killer）等等。電感所用的材料眾多，磁粉芯、鐵氧體、非晶/超微晶、硅鋼片都有可能用到；但場(chǎng)合不同，選擇材料就不同。磁放大器、尖峰抑制器要求磁芯材料具有高的矩形系數(shù)和高磁導(dǎo)率。

磁性元件設(shè)計(jì)中，初學(xué)者容易感到困惑的是大多數(shù)計(jì)算的結(jié)果都不是唯一的，參數(shù)選擇不同（如最大占空比δmax單端反激/正激0.30～0.45，雙端的0.80～0.95；再如磁通密度限制 Bmax＜50 kHz 0.5 Bs，＜100 kHz 0.4 Bs，＜500 kHz 0.25 Bs，＜1 MHz 0.1 Bs等等）則計(jì)算的結(jié)果相差也甚遠(yuǎn)。所以，有人說(shuō)最好把計(jì)算的結(jié)果僅僅當(dāng)成是定性的估計(jì)量來(lái)看待。我個(gè)人的觀點(diǎn)，沒(méi)有唯一，但有更合理，而且一定還是要計(jì)算。

確定磁芯的尺寸有兩種方法：第一種是查表法，用制造廠商提供的資料中說(shuō)明在特定的應(yīng)用場(chǎng)合下各種磁心可以傳遞的功率。第二種是面積乘積法，就是計(jì)算出磁芯截面積與磁芯窗口面積的乘積，從而確定磁芯的尺寸，以下為兩個(gè)典型計(jì)算公式。

式中：Po為輸出功率（W）；ΔB為磁通密度變化量（T）；fT為變壓器工作頻率（Hz）；k 為 0.014（正激，推挽），0.017（半橋，全橋）[3]。

6 PCB Layout

Print Circuit Board印制線路板設(shè)計(jì)，PCB是從設(shè)計(jì)師的思想，線路圖轉(zhuǎn)換為商品的一步關(guān)鍵物理實(shí)現(xiàn)。一臺(tái)性能優(yōu)良的UPS，除選擇高質(zhì)量的器件、合理的電路外，PCB的元件布局和電氣連線方向的正確設(shè)計(jì)是決定UPS能否可靠工作的一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題，它們和電路合理參數(shù)計(jì)算的嚴(yán)格性是兩個(gè)不同的問(wèn)題，這是一項(xiàng)反復(fù)“試一試”的工作。對(duì)同一種參數(shù)和元件的電路，由于元件布局設(shè)置和電氣連線方向的不同會(huì)產(chǎn)生不同的結(jié)果，并且每一種結(jié)果相互之間可能存在著很大的差異。對(duì)于模擬電路來(lái)講，對(duì)于UPS的高頻機(jī)來(lái)講，PCB Layout就顯得尤為重要。

PCB設(shè)計(jì)的最佳流程如下：⑴放置變壓器或電感。⑵布置功率開(kāi)關(guān)管電流環(huán)路。⑶布置輸出整流器電流環(huán)路。⑷把控制電路與交流功率電路連接。⑸布置輸入環(huán)路和輸入濾波器。⑹布置輸出負(fù)載環(huán)路和輸出濾波器。有個(gè)比較好的規(guī)則是把PCB盡可能敷銅，也就是要使PCB沒(méi)有大的空白區(qū)域，可以把地線和電源線加粗。這樣做有兩個(gè)好處：改善變換器散熱條件；大面積的銅可以捕獲射頻能量，并通過(guò)渦流方式消耗掉。

我們知道，每一個(gè)UPS converter&inverter&charger或許都有四個(gè)電流環(huán)路，功率開(kāi)關(guān)管交流電流環(huán)路、輸出整流器交流電流環(huán)路、輸入電源電流環(huán)路、輸出負(fù)載電流環(huán)路。通常輸入電源和輸出負(fù)載電流環(huán)路并沒(méi)有什么問(wèn)題，因?yàn)檫@兩個(gè)環(huán)路上主要是工頻交流或在直流電流上疊加了一些小的交流分量，連接的位置只能是相應(yīng)的輸入和輸出電容的接線端。如圖2所示，功率開(kāi)關(guān)管和輸出整流器（高頻）交流電流環(huán)路包含有豐富諧波的PWM開(kāi)關(guān)電源典型的梯形電流波形，這些交流電流的峰值有可能是連續(xù)輸入或輸出直流電流的2～5倍，轉(zhuǎn)換時(shí)間大約是50 ns，因而這兩個(gè)環(huán)路最有可能產(chǎn)生EMI。Layout時(shí)，交流電流環(huán)路的布局、連線要優(yōu)先考慮。其實(shí)每個(gè)環(huán)路主要也就是三個(gè)元件：濾波電容、功率開(kāi)關(guān)管或整流器、電感或變壓器，它們的位置要盡可能靠近，方向也要確定好，以使它們之間的電流通路盡可能短。

圖2 Flyback&Push-pull topology電流環(huán)路

UPS內(nèi)部的接地要區(qū)分電源地和控制地。電源地代表的是上面介紹的電流環(huán)路底下的支路，作為電路的共同電位參考點(diǎn)，把這些地混淆的話會(huì)引起電源工作不穩(wěn)定，因而在布置PCB時(shí)要十分小心安排電源地。控制地是連接控制集成電路和與之相關(guān)的無(wú)源器件的地，這個(gè)地非常敏感，因而要在其他的交流電流環(huán)路都布置好后再放置。控制地與其他地要通過(guò)一些特定的點(diǎn)連接，總的來(lái)說(shuō)，這個(gè)連接點(diǎn)是產(chǎn)生控制IC所要檢測(cè)的小電壓的所有器件的公共連接點(diǎn)；它包括電流型變換器電流檢測(cè)電阻的公共接點(diǎn)和輸出端電阻分壓器的下端。目的是減小檢測(cè)部分與電壓誤差或電流放大器敏感的輸入端之間的連接而引入的噪聲。主要變換拓?fù)涞牡鼐€安排見(jiàn)圖3[1]。

每條大電流的地線要短而寬。作為一般的規(guī)則，除控制地外，輸入濾波電容的公共端應(yīng)作為其他交流電流地的唯一接點(diǎn)。

圖3 主要變換拓?fù)涞牡鼐€安排

7 制作調(diào)試樣機(jī)

對(duì)于設(shè)計(jì)師來(lái)說(shuō)，樣機(jī)有兩種，所謂原型機(jī)和工程樣機(jī)。一般認(rèn)為原型機(jī)是設(shè)計(jì)師的思想/原理圖的一次物理實(shí)現(xiàn)，此時(shí)UPS的功能、指標(biāo)都存在不滿足，是給設(shè)計(jì)師調(diào)試用的；而工程樣機(jī)是二次物理實(shí)現(xiàn)，此時(shí)UPS的功能、指標(biāo)肯定是合格的，甚至工藝都是OK的，是給設(shè)計(jì)師以外的人員所用，如給驗(yàn)證測(cè)試、QA檢驗(yàn)、用戶試用等。

UPS的設(shè)計(jì)是一個(gè)實(shí)踐性很強(qiáng)的課題，許多經(jīng)驗(yàn)均是在不斷的實(shí)踐中摸索和積累的，只有在實(shí)際的試驗(yàn)中，才能使設(shè)計(jì)趨近完美。下面就講講制作調(diào)試樣機(jī)的加電過(guò)程。

加電試驗(yàn)要準(zhǔn)備一個(gè)調(diào)壓器，從低壓開(kāi)始慢慢往上調(diào)。先調(diào)試輔助電源—給MCU供電的Vcc，為converter&inverter控制芯片供電的Vcc。下面以UC3845構(gòu)成的flyback為例來(lái)說(shuō)明：⑴將雙路直流穩(wěn)壓電源的一路 （＞8.5V， 可選 12～20V） 加在UC3845 PIN7。通過(guò)使輸入電壓逐漸提高，注意50 VAC、100 VAC停留一下再加到220 VAC，（示波器電源用隔離變壓器供或探頭用差分探頭/隔離探棒）可看到驅(qū)動(dòng)波形duty剛開(kāi)始總是最大占空比、輸出電壓慢慢升高，當(dāng)輸出電壓達(dá)到額定值時(shí)，duty突然變小/電壓環(huán)路起作用；如此可以確定主電路工作是否正常。或者一路加在UC3845 PIN7，另一路加在作為取樣的輸出電壓兩端，通過(guò)使輸出電壓逐漸提高，可看到驅(qū)動(dòng)波形duty的變化，從而確定初級(jí)與次級(jí)的控制部分是否正常工作。或許需要加點(diǎn)負(fù)載，如20%的輕載。⑵驗(yàn)證自饋電繞組的電壓及其穩(wěn)定性。⑶驗(yàn)證其他繞組的輸出情況。⑷電路進(jìn)入正常工作狀態(tài)后，還應(yīng)做負(fù)載調(diào)整率、電壓調(diào)整率、紋波電壓等項(xiàng)測(cè)試，看是否達(dá)到設(shè)計(jì)的指標(biāo)。最后，應(yīng)做滿載的烤機(jī)老化試驗(yàn)，同時(shí)，注意整機(jī)的熱設(shè)計(jì)是否達(dá)到要求。⑸調(diào)試完成后，應(yīng)將所測(cè)各種參數(shù)形成文件，尤其是對(duì)變壓器及輸出電感調(diào)整后的參數(shù)進(jìn)行記錄，并修改變壓器的繞制工藝，為批量生產(chǎn)做充分的準(zhǔn)備工作。

8 驗(yàn)證測(cè)試

應(yīng)該說(shuō)設(shè)計(jì)驗(yàn)證的手段有多種，詳細(xì)的設(shè)計(jì)評(píng)審、仿真、測(cè)試、實(shí)驗(yàn)和應(yīng)用等都能夠達(dá)到驗(yàn)證設(shè)計(jì)的目的。我們主要闡述設(shè)計(jì)驗(yàn)證之測(cè)試。

先是明確區(qū)分全新機(jī)種、衍生機(jī)種和ECN機(jī)種。全新機(jī)種是全面測(cè)試，衍生機(jī)種、ECN機(jī)種是針對(duì)改動(dòng)部分、一定影響部分和可能影響部分進(jìn)行測(cè)試。驗(yàn)證測(cè)試重要的是制定測(cè)試計(jì)劃，確定需要測(cè)試哪些項(xiàng)目；設(shè)計(jì)測(cè)試方案，conditions都有哪些。所有驗(yàn)證測(cè)試項(xiàng)目共分六大類(lèi)：規(guī)格驗(yàn)證、環(huán)境驗(yàn)證、可靠性驗(yàn)證、架構(gòu)及零件驗(yàn)證、變更檢測(cè)、機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)。

以下講解可靠性驗(yàn)證的測(cè)試項(xiàng)目：

（1）模擬使用者之不當(dāng)操作

以使用者可接觸到之外觀插座配線等，模擬錯(cuò)誤之操作使用，觀察UPS是否會(huì)發(fā)生異常或故障或有斷電的狀況發(fā)生，及是否會(huì)危及使用者安全。

（2）電池充電測(cè)試

測(cè)試機(jī)器未開(kāi)機(jī)前，電池的漏電流（自放電）是否符合規(guī)格。測(cè)試charger對(duì)電池充電的能力，是否符合規(guī)格，應(yīng)用是否會(huì)出問(wèn)題。測(cè)試UPS充電過(guò)壓保護(hù)功能是否正常，是否會(huì)造成電池因過(guò)充電而膨脹損壞。

（3）電池放電測(cè)試

驗(yàn)證電池放電時(shí)，電池shutdown電壓，是否會(huì)使得UPS發(fā)生故障、輸出不正常斷電、當(dāng)機(jī)（無(wú)法操作），是否會(huì)過(guò)度放電造成電池壽命變短或其他不可預(yù)知現(xiàn)象。

（4）循環(huán)充放電測(cè)試

確認(rèn)電池是否可達(dá)到此機(jī)種所需的放電時(shí)間。對(duì)具有auto-restart功能的UPS，當(dāng)輸入市電異常時(shí)，MCU可能偵測(cè)到市電異常而將char-off，但工作電源建立，由電池提供能量，電池一直處于放電狀態(tài)，導(dǎo)致bat-low，因此需確認(rèn)當(dāng)輸入市電異常charoff后，工作電源是否存在，電池是否處于放電。除bat mode或bat test外，電池均不可處于放電狀態(tài)。

（5）輸出短路 過(guò)載測(cè)試

驗(yàn)證機(jī)器在不同比率負(fù)載下，指示面板燈信號(hào)顯示及聲音鳴叫狀態(tài)是否準(zhǔn)確。測(cè)試UPS于過(guò)負(fù)載發(fā)生時(shí)，是否能夠及時(shí)正確檢測(cè)出過(guò)載（并切換輸出為旁路bypass及輸出告警信號(hào)），測(cè)試過(guò)載點(diǎn)是否符合規(guī)格，而且UPS不得發(fā)生故障、輸出斷電、當(dāng)機(jī)（無(wú)法操作）、或其他不可預(yù)知現(xiàn)象。模擬UPS于line mode，battery mode和bypass情況下，加各種負(fù)載容量下輸出短路，測(cè)試UPS保護(hù)電路及I/P breaker or fuse是否有動(dòng)作。

（6）高低壓與頻率輸入循環(huán)測(cè)試

仿真用戶現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境，測(cè)試電壓突升、突降變化之電源變動(dòng)異常現(xiàn)象，是否會(huì)使得UPS發(fā)生故障、輸出斷電、當(dāng)機(jī)（無(wú)法操作）、或其他不可預(yù)知現(xiàn)象。

（7）發(fā)電機(jī)電源輸入

驗(yàn)證當(dāng)UPS輸入電源為發(fā)電機(jī)電源時(shí)，UPS是否能夠接受且正常使用，而不發(fā)生異常或故障。

（8）特殊負(fù)載測(cè)試

驗(yàn)證機(jī)器對(duì)于各種load（包括R/RC/L/X2/PFC load）的適應(yīng)能力，機(jī)器對(duì)負(fù)載的偵測(cè)動(dòng)作是否有異常。C:10～800 μf L:110V，0.321～0.040 1 mH，220V，1.684～0.211 mH。

測(cè)試UPS于輸出加入X2電容2～10 μf， 半波整流（如電吹風(fēng)），不平衡負(fù)載（制具）或PFC負(fù)載時(shí)，是否會(huì)造成UPS故障或零件溫度過(guò)高。

（9） 工法驗(yàn)證

確認(rèn)機(jī)器工法是否符合規(guī)格，應(yīng)用是否會(huì)出問(wèn)題，配線及走線是否可能出問(wèn)題。如安規(guī)一二次側(cè)需分開(kāi)走線，線材需避開(kāi)銳角、高溫、高壓、大電流走線需避免低壓控制線路及MCU回路。

（10） 插座驗(yàn)證

檢查插座是否符合規(guī)格，電源線與插座配合是否合理，是否容易松動(dòng)或不易被拉出。驗(yàn)證插座內(nèi)部結(jié)構(gòu)，以避免在插入線材后，造成潛在的地短路問(wèn)題。

（11）重復(fù)開(kāi)關(guān)機(jī)測(cè)試

UPS在line mode&bat mode無(wú)載及滿載狀態(tài)下，做開(kāi)關(guān)機(jī)測(cè)試籍以確認(rèn)開(kāi)關(guān)機(jī)是否正常工作。驗(yàn)證機(jī)器開(kāi)機(jī)電壓范圍，開(kāi)機(jī)電壓范圍內(nèi)外開(kāi)機(jī)邏輯是否符合規(guī)格。模擬機(jī)器執(zhí)行battery test時(shí)，不能有輸出異常，甚至shutdown or reset現(xiàn)象。

（12）斷復(fù)電時(shí)循環(huán)投卸載測(cè)試

確認(rèn)機(jī)器在斷復(fù)電過(guò)程中循環(huán)投卸RCD載是否會(huì)造成UPS發(fā)生故障、輸出斷電、輸出電壓超出正常范圍、當(dāng)機(jī)（無(wú)法操作）、或其它不可預(yù)知現(xiàn)象。

還有市電瞬間斷電測(cè)試、高諧波輸入測(cè)試、持續(xù)高壓輸入測(cè)試、溫濕度試驗(yàn)和PULSE高壓測(cè)試等。

9 編寫(xiě)設(shè)計(jì)文檔

編寫(xiě)設(shè)計(jì)文檔資料是ISO9001所要求的，設(shè)計(jì)文檔怎么寫(xiě)？我們需要寫(xiě)哪些設(shè)計(jì)文檔資料？詳細(xì)的、具體的各個(gè)公司會(huì)不同，但也是大同小異。我們把設(shè)計(jì)流程，分為三大階段：R1產(chǎn)品企劃階段、R2產(chǎn)品設(shè)計(jì)階段、R3首批試產(chǎn)階段。

R1產(chǎn)品企劃階段涉及到的有關(guān)設(shè)計(jì)文檔：

新產(chǎn)品提案單；市場(chǎng)評(píng)估報(bào)告，技術(shù)評(píng)估報(bào)告；產(chǎn)品企劃書(shū)，含產(chǎn)品名稱(chēng)、產(chǎn)品型號(hào)、產(chǎn)品工程上之詳細(xì)規(guī)格、產(chǎn)品成本、產(chǎn)品上市時(shí)間。

R2產(chǎn)品設(shè)計(jì)階段涉及到的有關(guān)設(shè)計(jì)文檔：

研發(fā)計(jì)劃書(shū)schedule，詳列人力規(guī)劃、任務(wù)編組、進(jìn)度時(shí)間表。詳細(xì)設(shè)計(jì)，包括硬件—原理圖（含MCU周?chē)娐罚⒃家?guī)格書(shū)（含安規(guī)標(biāo)準(zhǔn)）、元器件布局、電氣元件成本評(píng)估。制作新零件規(guī)格書(shū)&承認(rèn)書(shū)、建立材料BOM，Layout、樣機(jī)測(cè)試計(jì)劃&報(bào)告、安規(guī)測(cè)試報(bào)告、EMC測(cè)試報(bào)告。

軟件—MCU選型評(píng)估報(bào)告、MCU資源規(guī)劃、程序狀態(tài)圖、功能模塊規(guī)劃、模塊流程圖、軟件整機(jī)測(cè)試計(jì)劃、符合硬件需求的軟件。完整源程序，流程圖和時(shí)序圖，軟件撰寫(xiě)及修改記錄，軟件及所有軟件文件申請(qǐng)料號(hào)。

結(jié)構(gòu)—箱體外形&尺寸、結(jié)構(gòu)布局、結(jié)構(gòu)料成本&包裝運(yùn)輸評(píng)估。結(jié)構(gòu)料開(kāi)模&修模，振動(dòng)、落地實(shí)驗(yàn)報(bào)告，制作用戶手冊(cè)。

R3試產(chǎn)階段涉及到的有關(guān)設(shè)計(jì)文檔：

更新原理圖&Layout，制作新零件規(guī)格書(shū)&承認(rèn)書(shū)，完善BOM。

作為UPS研發(fā)工程師，你需要特別重視的是五份文檔：原理圖、磁性元件計(jì)算、Layout、BOM、軟件架構(gòu)。多數(shù)情況下公司會(huì)有模板或者參照老員工所寫(xiě)文檔。

10 結(jié)束語(yǔ)

設(shè)計(jì)流程的標(biāo)準(zhǔn)化是大勢(shì)所趨，如果沒(méi)有一個(gè)規(guī)范的流程來(lái)指導(dǎo)，則必然會(huì)導(dǎo)致研發(fā)工程師各行其是，按照個(gè)人的理解和習(xí)慣去隨機(jī)處理，這樣不僅容易疏忽某些設(shè)計(jì)參數(shù)或檢查步驟，導(dǎo)致嚴(yán)重的設(shè)計(jì)缺陷；而且會(huì)降低工作效率和延遲項(xiàng)目進(jìn)度。

因此，解決“做什么，怎么做，如何才能做好？”，就必須建立一套完善、有效、而且易于操作和執(zhí)行的設(shè)計(jì)流程，來(lái)指導(dǎo)研發(fā)工程師按步驟規(guī)范的進(jìn)行設(shè)計(jì)。可以說(shuō)，標(biāo)準(zhǔn)化的設(shè)計(jì)流程是保證設(shè)計(jì)質(zhì)量，保證項(xiàng)目進(jìn)度的不二選擇。有待解決的問(wèn)題是，流程與標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)該怎么協(xié)調(diào)、規(guī)則與執(zhí)行又如何平衡。

[1] 徐德鴻,沈旭,楊成林,等.開(kāi)關(guān)電源設(shè)計(jì)指南[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2004.

[2] 胡存生,胡鵬.集成開(kāi)關(guān)電源的設(shè)計(jì)制作調(diào)試與維修[M].北京:人民郵電出版社,1995.

[3] 趙修科.實(shí)用電源技術(shù)手冊(cè)-磁性元器件分冊(cè)[M].沈陽(yáng):遼寧科學(xué)技術(shù)出版社,2002.