電壓傳感器主要作用是對電路中的電壓進(jìn)行測試和測量，因此電壓傳感器的應(yīng)用是隨著現(xiàn)代電子設(shè)備中的廣泛應(yīng)用而增多的。本文主要探討芯森電子一款電壓傳感器VN2A 25 P00在不間斷電源（UPS）中的應(yīng)用。

不間斷電源（UPS）的基本概念

UPS簡介

UPS即不間斷電源(Uninterruptible Power Supply)，是一種含有儲(chǔ)能裝置的不間斷電源。主要用于給部分對電源穩(wěn)定性要求較高的設(shè)備，提供不間斷的電源。

不間斷電源(UPS)是將蓄電池(多為鉛酸免維護(hù)蓄電池)與主機(jī)相連接，通過主機(jī)逆變器等模塊電路將直流電轉(zhuǎn)換成市電的系統(tǒng)設(shè)備。它主要用于給單臺計(jì)算機(jī)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)或其他電力電子設(shè)備如電磁閥、壓力變送器等提供穩(wěn)定、不間斷的電力供應(yīng)，保證這些設(shè)備儀器的不間斷運(yùn)行，防止計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)丟失、電話通信網(wǎng)絡(luò)中斷或儀器失去控制。

UPS工作原理

系統(tǒng)組成

典型的UPS系統(tǒng)框圖如圖1所示，它的基本結(jié)構(gòu)是一套將交流電變?yōu)橹绷麟姷恼髌骱统潆娖鳎约鞍阎绷麟娫僮優(yōu)榻涣麟姷哪孀兤?，電池在交流電正常供電時(shí)貯存能量且維持在一個(gè)正常的充電電壓上，一旦市電供電中斷時(shí)，蓄電池立即對逆變器供電以保證UPS電源交流輸出電壓。

圖1

構(gòu)造

從基本應(yīng)用原理上講，UPS是一種含有儲(chǔ)能裝置，以逆變器為主要元件，穩(wěn)壓穩(wěn)頻輸出的電源保護(hù)設(shè)備。主要由整流器、蓄電池、逆變器和靜態(tài)開關(guān)等幾部分組成。

種類

UPS按工作原理分成后備式、在線式與在線互動(dòng)式三大類。

電壓傳感器在UPS中的作用

電壓傳感器的基本原理

霍爾閉環(huán)電壓傳感器

工作原理：

在被測量電壓兩端串聯(lián)電阻R，形成非常小的原邊電流Ip,原邊電流Ip和原邊線圈產(chǎn)生原邊磁場，這個(gè)原邊磁場和輸出電流Is在補(bǔ)償線圈上產(chǎn)生的磁場大小相等，方向相反，霍爾感應(yīng)器件和處理電路與補(bǔ)償線圈一起輸出電流Is，該輸出電流Is精確反映被測電流Ip的大小和方向，進(jìn)而精確反映被測電壓Vp的大小和方向。不同種類的電壓傳感器原邊電阻R，有的集成在傳感器中，有的需要客戶使用時(shí)外接。

技術(shù)特點(diǎn)：

—高電壓測量—安全絕緣

—高精度 —低溫漂

—非常好的非線性失真

電壓傳感器在UPS中主要作用：

電壓傳感器在UPS（不間斷電源）中主要用于監(jiān)測輸入/輸出電壓，確保電力供應(yīng)的穩(wěn)定性和安全性。具體是：根據(jù)傳感器采集的電壓值或者電流值去判斷當(dāng)前電網(wǎng)或者負(fù)載的狀態(tài)，

然后決定UPS需要哪種模式工作，去進(jìn)行精準(zhǔn)的閉環(huán)控制，以滿足苛刻負(fù)載的要求。

電壓傳感器VN2A在在線式UPS中的應(yīng)用

在線式UPS的核心結(jié)構(gòu)主要由整流器、 逆變器、 蓄電池組、 靜態(tài)開關(guān)及控制邏輯電路組成，其特點(diǎn)是將負(fù)載的交流電始終通過逆變器供電，確保電力供應(yīng)不間斷。

在線式UPS結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，在線式 UPS的電能路徑是“市電 → 整流 → 直流母線 → 逆變器 → 負(fù)載”，在“輸入、母線、輸出”三個(gè)關(guān)鍵電壓節(jié)點(diǎn)需要用到電壓傳感器持續(xù)監(jiān)測。

1. 1、輸入電壓監(jiān)測：安裝部署在市電輸入與整流單元之間，實(shí)時(shí)檢測電網(wǎng)電壓幅值和波形。原理是：高壓交流信號經(jīng)測量電阻和閉環(huán)霍爾電壓傳感器VN2A轉(zhuǎn)換成隔離的低壓電流信號?？刂瓢遄x取該信號，判斷市電是否在安全范圍內(nèi)。如果市電電壓異常，控制板立即啟動(dòng)蓄電池供電，并切斷市電路徑。
2. 母線電壓監(jiān)測：安裝在高壓直流母線上，監(jiān)控整流輸出電壓和蓄電池放電電壓。得到的數(shù)據(jù)用于穩(wěn)壓控制、蓄電池管理（充放電策略）、故障檢測。
3. 輸出電壓監(jiān)測：安裝在逆變器與負(fù)載之間，實(shí)時(shí)監(jiān)控輸出電壓的幅值和波形質(zhì)量?？刂瓢甯鶕?jù)該信號微調(diào)逆變器的驅(qū)動(dòng)策略，保證輸出穩(wěn)定。

VN2A技術(shù)特點(diǎn)

• 閉環(huán)霍爾原理：高精度、優(yōu)良線性、低溫漂。
• 安全隔離：原副邊絕緣耐壓達(dá)4.2kV AC，瞬態(tài)耐壓16kV。
• 寬測量范圍：10V–1500V，適配直流、交流及脈沖信號。
• 高速響應(yīng)：跟蹤時(shí)間僅25μs，適合動(dòng)態(tài)電壓監(jiān)測。
• UL94-V0 阻燃外殼+ IEC 61800-5-1 / IEC 62109-1 等國際標(biāo)準(zhǔn)符合性。

以上方案在高精度、高隔離、快速響應(yīng)等方面有優(yōu)勢，但在工程應(yīng)用中也需要注意以下問題：

1. 需要通過串聯(lián)測量電阻（R1）來限流，不同電壓等級的UPS需要不同的R1配置；

1. 如果有強(qiáng)電磁干擾，可能需要額外的濾波與屏蔽設(shè)計(jì)，以免影響采樣精度；
2. 裝配和維護(hù)人員必須有高壓作業(yè)資質(zhì)。

結(jié)語：

電壓傳感器貫穿UPS整機(jī)運(yùn)行全程的關(guān)鍵檢測，在保障供電切換的準(zhǔn)確性，維持輸出電壓的穩(wěn)定性，檢測電池的充放電狀態(tài)和健康狀態(tài)等方面有舉足輕重的作用。