Wildcat 3KHV架構及線路分析報告

測試機種：wildcat 3KHV

主電路簡化圖：

工作模式：1.line mode：（1）normal mode；（2）boost mode；（3）buck mode

2.battery mode

3.bypass mode

各類工作模式的工作原理分析：

基本動作

A，prsy工作

B，給電池充電

C，給負載供電

基本動作

1. 充BUS （導線連通）
2. 給負載供電（導線連通）

收獲：

帶本體二極管的MOSFET導通時，相當于導線，工頻時的電感相當于導線

（黑色與藍色箭頭為市電正半周電流流向，紅色和紫色為負半周）

參照如下波形：

Ch1: Q7 Vge; CH2: Q6 Vge; CH3:Q9 Vge; CH4: BUS.V

意義：Q7,Q6,Q9同時低頻導通

電流波形：

Normal mode no load：CH1: current on L2（輸入）;CH2:BUS.V;CH3：current on L3（中間）；CH4：current on L1（輸出）

Normal mode with R load：CH1: current on L2（輸入）;CH2:BUS.V;CH3：current on L3（中間）；CH4：current on L1（輸出）

基本動作

A充BUS （boost 電路）

B 給負載供電（導線連通）

收獲

1. MOSFET在特定情況下，可以用作二極管
2. 實現ups升壓的另外一種辦法——AC boost電路

輸入市電低于normal值時，UPS進入boost mode：市電正半周，L2,Q8,Q7的本體二極管及C11組成一boost線路對輸入市電升壓。Q8導通，市電通過Q8對L2進行儲能，L2的電壓極性左正右負；Q8關斷，L2極性變成左負右正，市電疊加上L2所儲能量，通過Q7本體二極管續流，實現升壓。Q8的開關頻率為20KHz。負半周時，L2,Q7,Q8的本體二極管及C11組成boost線路進行升壓。Q9，Q10保持工頻開關，将BUS.V逆變成交流輸出。

（黑色箭頭為市電正半周，L2儲能時的電流流向，藍色為Q7本體二極管續流；紅色為市電負半周，L2儲能；紫色為Q8本體二極管續流）

參考波形如下：

Ch1: Q7 Vge; CH2: Q6 Vge; CH3:Q9 Vge; CH4: BUS.V

意義：Q7高頻，Q6低頻，Q9低頻

對應綠色方框處展開：

Ch1: Q7 Vge; CH2: Q6 Vge; CH3:Q9 Vge; CH4: BUS.V

對應紅色方框處展開：

Ch1: Q7 Vge; CH2: Q6 Vge; CH3:Q9 Vge; CH4: BUS.V

電流波形：

Boost mode with R load：CH1: current on L2（輸入）;CH2:BUS.V;CH3：current on L3（中間）；CH4：current on L1（輸出）

意義：高頻電流波形

基本動作

A充BUS （導線連通）

B 給負載供電（部分buck電路）

收獲

A，實現ups降壓的另外一種辦法——AC buck電路

輸入市電高于normal值時，UPS進入buck mode：Q7,Q8以工頻交替開通關斷。市電正半周，Q9,L1,Q10本體二極管，C5組成buck線路對BUS.V降壓：Q9導通， L1儲能，極性左正右負，Q9關斷，L1極性變成左負右正，通過neutral線回到line線，經C11，Q10本體二極管進行續流，實現buck功能；Q9開關頻率20KHz；同樣的，在市電負半周，L1,Q10,Q9本體二極管，C5組成buck線路。L1的續流通路是Q9本體二極管---C11 ---line線---neutral線---L1。參考下圖：

（黑色箭頭為市電正半周時，L1儲能的電流流向；藍色為L1經Q10本體二極管續流。紅色箭頭為市電負半周時，L1儲能；紫色為L1經Q9本體二極管續流）

參考波形如下：

Ch1: Q7 Vge; CH2: Q6 Vge; CH3:Q9 Vge; CH4: BUS.V

意義：Q7,Q6,Q9是一個組合

對應綠色方框處展開：

Ch1: Q7 Vge; CH2: Q6 Vge; CH3:Q9 Vge; CH4: BUS.V

對應紅色方框處展開：

Ch1: Q7 Vge; CH2: Q6 Vge; CH3:Q9 Vge; CH4: BUS.V

電流波形：

Buck mode with R load：CH1: current on L2（輸入）;CH2:BUS.V;CH3：current on L3（中間）；CH4：current on L1（輸出）

對應上圖紅色方框處展開：

Buck mode with R load：CH1：current on L3（中間）；CH2:BUS.V; CH3: current on L2（輸入）；CH4：current on L1（輸出）

意義：單個周期内電感電流的變化

Buck mode with R load：CH1:L3 current；CH2:BUS.V; CH3: BUS current; CH4: L1 current

對應上圖紅色方框處展開：

Buck mode with R load：CH1:L3 current；CH2:BUS.V; CH3: BUS current; CH4: L1 current

基本動作：

1. BUS充電（部分buck線路）

收獲

1. BUS可以做為charger的輸出源（NEW BN線路中的BUS做為charger的輸入源豈不是一個絕佳的選擇）
2. 另外一種Charger電路——buck電路

本機所使用的充電器是一個buck線路。組成buck線路的元件是：D2,L4,Q4.

其工作原理是：Q4導通時，BUS.V對L4儲能，極性左正右負；Q4關斷時，L4極性變為左負右正，通過D2進行續流。

由于充電器采用的是buck線路，因此它隻會在弦波瞬時值高于電池電壓時工作。

（黑色箭頭為BUS.V對L4儲能；藍色為L4通過D2續流）

參考波形如下：

CH1：charge mosfet drive；CH2：current on L4

對應方框處展開：

CH1：charge mosfet drive；CH2：current on L4

基本動作

A充BUS （部分導線連通和部分boost電路）

B 給負載供電（部分buck 電路和部分導線連通）

收獲：

1. 電池波形組合的另外一種方法（power的電池輸出波形也是一個波形組合）

該機器所使用的電池數為10節。電池電壓是恒定的，将近130V左右。因此機器将其調制成弦波輸出，必然分為兩個階段：（1）電池電壓低于弦波瞬時值時對其升壓：Q7,L2,Q8本體二極管，C11組成boost線路，将電池電壓升壓調制成弦波，此時Q9,Q10為低頻開關，将其逆變輸出；（2）電池電壓高于弦波瞬時值時對其降壓：boost線路不動作。輸出為正半周時，Q9,L1,Q10本體二極管，C5組成buck線路；輸出為負半周時，Q10,L3,Q9本體二極管，C5組成buck線路。分别将電池輸出調制成弦波逆變輸出。

一階段和二階段分别調制的弦波疊加起來成為完整的弦波。參考下圖：

升壓時：

（黑色箭頭為電池通過Q7對L2儲能的電流流向；藍色為通過Q8本體二極管續流對C11充電；橙色為boost線路調制的弦波通過低頻導通的Q9輸出；綠色為boost線路調制的弦波通過低頻導通的Q10輸出）

降壓時（輸出正半周）：

（藍色為電池通過Q9對L1儲能；紅色為Q9關斷時，L1通過Q10本體二極管續流）

降壓時（輸出負半周）：

（藍色為電池通過Q10對L3儲能；紅色為Q10關斷時L3通過Q9本體二極管續流）

參考如下波形：

Ch1: Q7 Vge; CH2: Q6 Vge; CH3:Q9 Vge; CH4: BUS.V

對應綠色方框處展開：

Ch1: Q7 Vge; CH2: Q6 Vge; CH3:Q9 Vge; CH4: BUS.V

對應紅色方框處展開：

Ch1: Q7 Vge; CH2: Q6 Vge; CH3:Q9 Vge; CH4: BUS.V

電流波形：

Battery mode with R load：CH1: current on L2（輸入）;CH2:BUS.V;CH3：current on L3（中間）；CH4：current on L1（輸出）

對應方框處展開：

Battery mode with R load：CH1: current on L2（輸入）;CH2:BUS.V;CH3：current on L3（中間）；CH4：current on L1（輸出）

CPU異常，導緻BYP-RLY-DR1不能正常發出，此時BYPASS.RLY閉合，市電直接給負載供電，ups進入BYPASS.MODE

2

1

CH1: current on L2（輸入）;CH2:BUS.V;CH3：current on L3（中間）；CH4：current on L1（輸出）

收獲：

1. A，BUS也可以做為PRSY的輸入源（NEW BN線路中的BUS應該也可以做為prsy的輸入源）

）

CH2: current on C11（Bus電容）；CH3：BUS.V；CH4：current on L3

很顯然，電流波形産生突起的時候，BUS電容上并沒有電流。分析線路發現，power supply的輸入電容是與BUS電容通過一二極管并聯的，參考下圖：

抓取C86的電流波形如下：

CH2:current on C86（Power supply輸入電容）；CH3：BUS.V；CH4：current on L3

很明顯，1處的大電流是因為給power supply的電解電容C86充電引起的。

CH1：Q6 Vge；CH2：Q5 Vge；CH3：current on L3

CH1：Q6 Vge；CH2：Q5 Vge；CH3：current on L3

由上面的波形可以發現，Q5,Q6的占空比與另外兩組IGBT不同，相對要短。而Q5,Q6在市電模式下的開關邏輯是：正半周，Q6導通；負半周，Q5導通。當Q5，Q6均關斷時，此時的BUS電容正處入放電周期，而由于Q5，Q6的關斷，BUS.V的放電回路被切斷，因此L3上的電流變為零。

基本動作

A，控制UPS各種工作狀态的切換

問題：

1. 在ABF.RLY閉合後，而HV-START.RLY沒閉合前，UPS在做什麼？

——猜測：給PRSY的儲能電容提供足夠的能量，為接下來的能量消耗做準備。

用波形說話

其邏輯時序如下圖：

圖中Relay的驅動信号置低時，relay不動作，觸點維持在常閉端；Relay信号置高時，relay吸合。Q20和IGBT在驅動信号置高時導通，置低關斷。

市電啟動

上市電後，ABF-RLY合上，5.6s後HV-Start-RLY合上，接入市電。9.6ms後，控制闆開始給IGBT提供驅動，此時輸入電壓處于過零點。

市電轉電池

市電轉電池時，HV-START-RLY與BAL-RLY同時斷開，L2接電池負極，并停止提供IGBT驅動，而ABF-RLY相對延時375ms後關斷；ABF-RLY2相對HV-START-RLY和BAL-RLY延時4.9ms後斷開，同時Q20導通并維持40ms，電池正極接BUS.V，幾乎與ABF-RLY2動作的同時，控制闆給出電池模式下的驅動信号。

電池轉市電

重新接入市電，103ms後，ABF-RLY合上，延時2.2s後， HV-START-RLY合上，ABF-RLY2同時斷開，此時由于BAL-RLY仍接電池負極，因此沒有市電輸入；電池正極通過Q20仍接BUS.V，此時機器在電池模式下輸出，4ms後，Q20關斷，BAL-RLY合上，L2接入I/P.N,接入市電，此時IGBT亦無驅動，5ms後，控制闆開始給IGBT提供驅動，機器重新工作在市電模式下。

基本動作：

1. 控制ABF.RLY的吸合和斷開

收獲

A，一種新的buck電路芯片

市電輸入，通過整流橋整流，再經一buck線路降壓，給ABF-relay提供驅動。其中IC U500（TOP244YN）是一集成的開關管，其開關頻率為66KHz。U500,L501,D512，C509組成buck線路。

吸合

上市電，buck電路工作，産生26V的驅動電壓給ABF.RLY, ABF.RLY吸合

斷開

市電斷後，buck電路沒有能源來源，buck電路shutdown，ABR.RLY沒有驅動電壓，ABF.RLY斷開

基本動作：

1. 控制K3的吸合和斷開，并能在初始階段加速其導通

收獲

A，小電阻（1Kohm以下）與充電的小電容（50uf以下的）并聯時，可以隻考慮電阻性

B，一種新的relay加速電路

問題：

A，D500，D501，D502這些二極管的作用？

吸收驅動信号斷開時，電感産生的反壓

B, 關斷K3為什麼不使用直流信号，而使用交流信号？

猜測：驅動芯片I/O不夠用

斷開：

UPS 正常工作時，BY-PASS-RLY是斷開的，控制闆會發出BYP-RLY-DR1信号，

關斷Q500,進而使BYPASS.RLY斷開。這時，整流輸出電壓信号（BYP_RLY_DRV_HV）會給C503充電。

該信号是一頻率為10KHz，duty為45.5%的脈沖信号，光耦的發光二極管導通，進而光耦的三極管導通，将Q500 G極電位拉低，K500斷開。

單個周期分析：

BYP-RLY-DR1高，回路是BYP-RLY-DR1經光耦二極管，C512到com。光耦二極管發光，C512被充電

BYP-RLY-DR1低：C512經R527和光藕二極管放電，光耦二極管放電

加速吸合：

CPU異常時，BYP-RLY-DR1丢失。

Coil.V通過R517，R519對C500充電，3s後C500負極電壓足夠讓Q501導通（Q501為P溝道MOSFET），coil.V加到Q500 G極，使得Q500導通，由于C503此時是高電壓（67.2V），所以能夠加速BYPASS.RLY的導通，BYPASS.RLY閉合。

穩态吸合：

BYPAS.RLY線圈電阻很小，實際從整流輸出電壓信号（BYP_RLY_DRV_HV）分得的電壓很小，所以BYPAS.RLY線圈穩态的電壓是由ABF.Relay drive circuit的buck電路輸出提供的

參考波形

CH1:Q500 Vgs CH2:Q501 Vgs

意義：表明C500充電電壓到6V時，Q501導通，進而Q500導通

CH1: Q500 Vgs CH2:C503 TO GND

意義：這是一個relay加速電路

理由：開始啟動時，C13被充電到67.2V，這樣relay在導通時，可以有一個瞬時高電壓。導通後，此電路可以看作K3線圈電阻與Q500 Rds on串聯（可以忽略）再與C503并聯的過程（電容阻值可以看作無窮大），所以也就等效于K3線圈電阻，由于線圈電阻隻有663ohm，所以按照分壓原理到的電壓很小（0.2V＝67.2*0.663/224.663），所以當降到26V時，由buck電路輸出提供電壓

基本動作：

A，控制BALANCE.RLY的吸合和斷開，并能在初始階段加速其導通

收獲

1. 一種新的relay驅動加速電路

斷開：LINE.MODE時，BAL-RLY-DR被置高，Q5斷，BALANCE.RLY處于斷開狀态。Vss為26V，Vss對電容C114和C69充電

加速吸合：

市電調電池時，。BAL-RLY-DR信号置低時，三極管Q12導通，此時C114的正極相當于接地。因此地相對于C114負極電位為高，使得三極管Q13導通，則電容C69的正極相當于與C114的負極短接。C114的負極相對地的壓降為-26V,而C69的負極相對C114的負極也是-26V，所以C69的負極相對于地的壓降為-52V，則Vss相對C69負極的壓降是78V，實現了在驅動Realy的初始階段加速的作用。如圖等效電路圖

穩态導通：

Relay導通後， C114和C69串聯被D15短路，線圈電壓等于Vss電壓26V

BALANCE.RLY 驅動等效電路圖

參考波形

CH1: BAL-RLY-DR CH2:K2 1 TO 5

基本動作：

1. 給ups工作提供工作電源

收獲：

A，prsy shutdown另外一種方法

該線路是一典型的flyback線路。BUS.V通過R183分壓加至UC3844（U18）的Vcc，使3844開始工作。Power supply開始工作後，由反饋繞組輸出的VGPL對3844提供Vcc。上面的四組輸出給主線路中的IGBT提供驅動。

啟動：BUS通過R183給3844供電，3844啟動，prsy工作

穩态：一路輸出Vgpl給3844供電，3844進入死循環工作

關閉：cpu偵測到關機好，關掉驅動，充bus動作結束，prsy消耗掉bus.c能量，prsy關閉

基本動作

A，控制ups的啟動和關機

啟動：

J4接panel闆上的開關，Q11是P溝道MOSFET。當按下開關，J4-1與J4-4短接時，電池通過BUS電容經D10,R38對C80充電。Q11導通。進而電池通過Q11對BUS電容充電，power supply建立。松開開關後，C80通過R44放電，Q11關斷。

穩态：prsy工作，反饋繞組輸出VGPL為18V，而VR1是15V的穩壓管，C1是無極性的電容，所以C1電壓為3V，極性左正右負。當此時再次按下panel闆上開關時，由于二極管D10處于反偏，無法導通，則電池無法對C80充電，因此Q11在power supply工作于穩态時無法導通

關機：cpu偵測到關機信号，關掉驅動，充bus動作結束，prsy消耗掉bus能量，ups關機

基本動作

A，給BUS.C充電，啟動PRSY

K3

RT10

I/P.N

ABF RLY WIRE

D31

ABF RLY WIRE

I/P.L

BUS.C

上圖為 LINE START的等效電路圖

上市電，ABF.RLY 閉合，然後在市電負半周時，通過D31,RT10對BUS.C充電，PRSY建立。

基本動作：控制風扇轉速

風扇工作電壓為24V，風扇有兩種工作狀态：1.低速：低速運轉時，fan-control-dr信号置高，Q15關斷。提供給風扇的電壓為VDD(12V)，風扇低速運轉。2.高速：高速運轉時，fan-control-dr信号置低，Q15導通，Vss（24V）提供給風扇，風扇高速運轉。J7-1接風扇正極，J7-3接風扇負極，J7-2即TACH-1為風扇反饋信号。

基本動作

1. 電池跳市電時，減小HV-START-RELAY 觸點的觸點電流

收獲：

A，一種新的relay觸點保護電路

C6為輸入濾波電容。由于該機器市電輸入電流波形畸變嚴重，因此需要加入濾波電容。加入該電容後，在電容前的HV-start-relay存在安全隐患，relay在合上時對C6充電，瞬間會有大電流，容易導緻relay觸點粘死，因此需加入relay保護電路。

其原理是：市電負半周時，通過D31,RT10對電容C6充電，C6被充成負的峰值，在市電負半周峰值到來時，relay切換，此時由于relay兩側電位相等（電位差為零），所以沒有大電流，從而實現了對relay的保護。

參考下圖：

CH1：HV.START.RELAY drive; CH2：C6 voltage；CH4：AC input

由圖可見，HV-START-RLY在線圈通電5ms後吸合，而在給HV-START-RLY提供驅動10ms後，控制闆開始給IGBT提供驅動。因此亦即HV-START-RLY吸合後5msIGBT被提供驅動，機器開始有輸出。而由于HV-START-RLY于負半周峰值時吸合，因此機器開始有輸出時對應的是輸入的過零點。參考下圖：

CH1：HV.START.RELAY drive;CH2：output voltage

基本功能：減小ABF.RLY2 切換時的觸點電流

市電跳電池時，ABF-RLY2相對HV-START-RLY和BAL-RLY延時4.9ms後斷開，同時Q20導通并維持40ms，電池正極接BUS.V，幾乎與ABF-RLY2動作的同時，換句話說，在ABF.RLY導通之前，BAT 已經通過Q20連到RAIL_VOLT ，所以此時，relay吸合的觸點電流幾乎為零

收獲：一種新的relay保護電路

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