專利名稱：新型不間斷電源的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種電源，特別涉及一種不間斷電源。
背景技術(shù)：
由于電網(wǎng)本身的質(zhì)量問題以及各種偶然因素的作用，使得電壓浪涌，電磁噪聲，持續(xù)電壓偏高，持續(xù)低壓等電網(wǎng)不良現(xiàn)象在變電站時(shí)有發(fā)生，甚至還可能發(fā)生短時(shí)間停電。來自電網(wǎng)的不良因素還有電源電壓瞬時(shí)或長時(shí)間的下陷、浪涌和中斷，電源頻率的漂移和不穩(wěn)，電源輸入波形畸變，各種尖峰干擾和噪音等，這一切對(duì)于高精度的敏感儀器和不能中斷的設(shè)備來說影響是非常嚴(yán)重的。例如計(jì)算機(jī)在工作時(shí)停電或者是有一個(gè)比較大的電壓低落，就可能造成內(nèi)存上的信息被沖掉及硬盤數(shù)據(jù)丟失的后果。UPS(Uninterruptible Power System)，即不間斷電源，是一種含有儲(chǔ)能裝置，以逆變器為主要組成部分的恒壓恒頻的不間斷電源。主要用于給計(jì)算機(jī)管理系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)、電力自動(dòng)化數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、自動(dòng)控制系統(tǒng)或其它電力電子設(shè)備提供不間斷的電力供應(yīng)。當(dāng)市電輸入正常時(shí)，UPS將市電穩(wěn)壓后供應(yīng)給負(fù)載使用，此時(shí)的UPS就是一臺(tái)交流市電穩(wěn)壓器；當(dāng)市電中斷(事故停電)時(shí)，UPS立即將變電站直流系統(tǒng)的電能，通過逆變轉(zhuǎn)換的方法向負(fù)載繼續(xù)供應(yīng)220V交流電，使負(fù)載維持正常工作并保護(hù)負(fù)載軟、硬件不受損壞。
現(xiàn)用電力專用的UPS無論市電正常還是市電異常，都需要經(jīng)過逆變器向負(fù)載供電，無切換時(shí)間，因此能實(shí)現(xiàn)不間斷工作。如圖1所示，此UPS的直流供電電源經(jīng)濾波器2、預(yù)穩(wěn)壓電路、DC/DC變換器8的隔離變換后產(chǎn)生的DC±360V在線連接在經(jīng)過差模濾波器7和交流功率因數(shù)校正電路3后產(chǎn)生的DC±380V電壓處。然后再經(jīng)過控制保護(hù)電路5中的正弦波逆變器及LC濾波器6濾波輸出高質(zhì)量的正弦波。這里的DC/DC變換器8當(dāng)市電供電正常時(shí)，它是處于不供能狀態(tài)，并不向逆變器的正值和負(fù)值直流電源總線(+BUS和-BUS)提供任何能量；然而，一旦出現(xiàn)市電供電異常時(shí)，就進(jìn)入直流運(yùn)行狀態(tài)，并負(fù)責(zé)向逆變器提供正值和負(fù)值直流電源總線電源。DC/DC變換器8的主要功能是直流升壓和隔離作用，其功率轉(zhuǎn)換效率最大不到90％，DC/AC輸出效率最大也在90％左右，在直流運(yùn)行時(shí)的整機(jī)效率在80％左右。鑒于這樣的電路設(shè)計(jì)，對(duì)于DC/DC變換器8中的功率管而言，當(dāng)UPS處于市電供電異常時(shí)所流過功率管的電流要比UPS處于市電供電正常時(shí)的電流大的很多，隨之而來的是出現(xiàn)在功率管上的功耗也將增大很多。基于上述原因，對(duì)于UPS設(shè)備來說，由于DC/DC變換器8的投入而額外產(chǎn)生的熱量將會(huì)造成整機(jī)的故障率增高。因?yàn)閷?shí)驗(yàn)證明溫度每升高10℃，設(shè)備的工作壽命將減少一半。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足之處，本實(shí)用新型的目的是提供一種性能可靠、體積小、重量輕、成本低，還能提高工作效率，延長設(shè)備使用壽命的新型不間斷電源。
本實(shí)用新型的目的是通過下述方案實(shí)現(xiàn)的提供一種新型不間斷電源，包括濾波器、功率因數(shù)校正電路、控制保護(hù)電路，在濾波器前連接繼電器，在濾波器后依次連接功率因數(shù)校正電路、儲(chǔ)能補(bǔ)償電路、控制保護(hù)電路。
繼電器的常開觸點(diǎn)與交流電的輸入端口連接，繼電器的常閉觸點(diǎn)與直流電的輸入端口連接。功率因數(shù)校正電路包括濾波電容C1，儲(chǔ)能補(bǔ)償電路包括1～2套補(bǔ)償分路，每套補(bǔ)償分路包括電阻R1、二極管D1，上述的電阻R1、二極管D1并聯(lián)后串聯(lián)儲(chǔ)能電容C2，2套補(bǔ)償分路以并聯(lián)的形式連接在一起；市電正常時(shí)，電流經(jīng)過濾波電容C1的濾波后，一路通過電阻R1向儲(chǔ)能電容C2充電，另一路進(jìn)入控制保護(hù)電路；斷電時(shí)交直流切換時(shí)間內(nèi)，儲(chǔ)能電容C2向二極管D1放電后進(jìn)入控制保護(hù)電路；接通到直流電源后，電流經(jīng)過濾波電容C1的濾波后，直接進(jìn)入控制保護(hù)電路。
采用上述結(jié)構(gòu)的新型不間斷電源，采用繼電器觸點(diǎn)切換交、直電源，其切換時(shí)間由儲(chǔ)能電容器C2來補(bǔ)償，最終使得電壓輸出實(shí)現(xiàn)零中斷。其電路性能穩(wěn)定，切換可靠，在電網(wǎng)出現(xiàn)故障的情況下，能保證負(fù)載不間斷工作，真正實(shí)現(xiàn)了高效率工作。本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)簡單，設(shè)備體積小，成本低，能廣泛適用于小功率、大功率交流不間斷電源和直流不間斷電源。


圖1是現(xiàn)有的交流不間斷電源的電路結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本實(shí)用新型的小功率(1～3KVA)交流不間斷電源的電路結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是本實(shí)用新型的大功率(5～15KVA)交流不間斷電源的電路結(jié)構(gòu)示意圖；圖4是本實(shí)用新型的直流不間斷電源的電路結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
參照上述附圖，對(duì)本實(shí)用新型的具體實(shí)施方式
進(jìn)行詳細(xì)說明。
實(shí)施例1圖2給出了本實(shí)用新型的一種小功率(1～3KVA)交流不間斷電源，包括依次連接在一起的繼電器1、濾波器2、差模濾波器7、功率因數(shù)校正電路3、儲(chǔ)能補(bǔ)償電路4、包括LC濾波器6的控制保護(hù)電路5。繼電器1的常開觸點(diǎn)與交流電的輸入端口(L、N)連接，繼電器1的常閉觸點(diǎn)與直流電的輸入端口(+、-)連接。儲(chǔ)能補(bǔ)償電路4包括2套補(bǔ)償分路；每套補(bǔ)償分路包括電阻R1、二極管D1，上述R1、D1兩者并聯(lián)后串聯(lián)儲(chǔ)能電容C2；2套補(bǔ)償分路以并聯(lián)的形式連接在一起。
工作過程如下一)、當(dāng)市電正常時(shí)，繼電器1的線圈J1得電，常開觸點(diǎn)閉合，常閉觸點(diǎn)打開，交流電AC220V通過L、N端口進(jìn)入繼電器1，再經(jīng)過濾波器2進(jìn)行濾波，濾波器可選11次諧波電力濾波器；再經(jīng)過差模濾波器7進(jìn)行差模濾波。接著在功率因數(shù)校正電路3中先被整流成直流電路；然后在功率因數(shù)校正及升壓驅(qū)動(dòng)保護(hù)模塊的控制下，將輸入功率因數(shù)從無補(bǔ)償?shù)?.65提高到0.95以上，從而將UPS的輸入諧波電流分量降到3％以內(nèi)，這樣可避免計(jì)算機(jī)高速傳輸中因電源干擾脈沖過大所引起數(shù)據(jù)的丟失；接著通過濾波電容C1進(jìn)行濾波。濾波后的直流電一路進(jìn)入儲(chǔ)能保護(hù)電路4，通過電阻R1向儲(chǔ)能電容C2充電，C2的容量可根據(jù)負(fù)載功率和繼電器的切換時(shí)間決定；同時(shí)另一路直流電進(jìn)入控制保護(hù)電路5先經(jīng)過SPWM(正弦脈寬調(diào)制)調(diào)制擴(kuò)大，再經(jīng)過LC電感電容濾波器6進(jìn)行濾波，就能輸出純正弦波的AC220V電源。
二)、當(dāng)市電供電出故障或完全停電時(shí)，繼電器1動(dòng)作繼電器線圈J1失電，繼電器的常開觸點(diǎn)斷開，常閉觸點(diǎn)閉合。(繼電器交直流切換時(shí)間內(nèi)的電能由儲(chǔ)能補(bǔ)償電路4的儲(chǔ)能電容C2補(bǔ)償。具體過程如下當(dāng)二極管D1兩端的電壓壓降超過0.7V時(shí)，儲(chǔ)能電容C2通過二極管D1向負(fù)載放電，進(jìn)入控制保護(hù)電路5先經(jīng)過SPWM調(diào)制擴(kuò)大，再經(jīng)過LC電感電容濾波器6進(jìn)行濾波，就能輸出純正弦波的AC220V電源，使得切換到直流電源之前輸出電壓不間斷。)此時(shí)的功率因數(shù)補(bǔ)償電路3作為直流升壓電路應(yīng)用，將原來的功率因數(shù)補(bǔ)償用SPWM作為PWM(脈寬調(diào)制)應(yīng)用。將直流電壓升壓成±365V，通過濾波電容C1進(jìn)行濾波。接著直接進(jìn)入控制保護(hù)電路5經(jīng)過SPWM調(diào)制擴(kuò)大，再經(jīng)過LC電感電容濾波器6進(jìn)行濾波，輸出純正弦波的AC220V電源。
實(shí)施例2圖3給出了本實(shí)用新型的一種大功率(5～15KVA)交流不間斷電源，取消差模濾波器7及其相應(yīng)功能，濾波器2直接連接功率因數(shù)校正電路3，其余同實(shí)施例1?？刂票Ｗo(hù)電路5將輸入的0～180°的正弦波經(jīng)功率因數(shù)補(bǔ)償電路3產(chǎn)生正的直流電壓，控制保護(hù)電路5將輸入的180°～360°的負(fù)正弦波經(jīng)功率因數(shù)補(bǔ)償電路3產(chǎn)生負(fù)的直流電壓，其余工作過程同實(shí)施例1。
實(shí)施例3圖4給出了本實(shí)用新型的一種直流不間斷電源，包括依次連接在一起的繼電器1、濾波器2、功率因數(shù)校正電路3、儲(chǔ)能補(bǔ)償電路4、包括DC/DC變換器8和LC濾波器6的控制保護(hù)電路5。繼電器1的常開觸點(diǎn)與交流電的輸入端口(L、N)連接，繼電器1的常閉觸點(diǎn)與直流電的輸入端口(+、-)連接。儲(chǔ)能補(bǔ)償電路4包括電阻R1、二極管D1，上述兩者并聯(lián)后串聯(lián)儲(chǔ)能電容C2。
工作過程如下一)、當(dāng)市電正常時(shí)，繼電器1的線圈J1得電，常開觸點(diǎn)閉合，常閉觸點(diǎn)打開，交流電AC220V通過L、N端口進(jìn)入繼電器，經(jīng)過濾波器2進(jìn)行濾波，濾波器2可選11次諧波電力濾波器。接著在功率因數(shù)校正電路3中先被橋式整流電路整流成直流電路；然后在功率因數(shù)校正及升壓驅(qū)動(dòng)保護(hù)模塊的控制下，將輸入功率因數(shù)從無補(bǔ)償?shù)?.65提高到0.95以上，從而將UPS的輸入諧波電流分量降到3％以內(nèi)，這樣可避免計(jì)算機(jī)高速傳輸中因電源干擾脈沖過大所引起數(shù)據(jù)的丟失；接著通過濾波電容C1進(jìn)行濾波。濾波后的直流電一路進(jìn)入儲(chǔ)能保護(hù)電路4，通過電阻R1向儲(chǔ)能電容C2充電，C2的容量可根據(jù)負(fù)載功率和繼電器的切換時(shí)間決定。同時(shí)另一路直流電進(jìn)入控制保護(hù)電路先經(jīng)過PWM(脈寬調(diào)制)調(diào)制擴(kuò)大，再經(jīng)過高頻隔離的DC/DC變換器8降低電壓，然后經(jīng)過LC電感電容濾波器6進(jìn)行濾波，就能以直流電的形式輸出。
二)、當(dāng)市電供電出故障或完全停電時(shí)，繼電器1動(dòng)作繼電器線圈J1失電，繼電器的常開觸點(diǎn)斷開，常閉觸點(diǎn)閉合。(繼電器1交直流切換時(shí)間內(nèi)的電能由儲(chǔ)能補(bǔ)償電路4的儲(chǔ)能電容器C2補(bǔ)償。具體過程如下當(dāng)二極管D1兩端的電壓壓降超過0.7V時(shí)，儲(chǔ)能電容C2通過二極管D1向負(fù)載放電，進(jìn)入控制保護(hù)電路先經(jīng)過PWM調(diào)制擴(kuò)大，再經(jīng)過高頻隔離的DC/DC變換器8降低電壓，然后經(jīng)過LC電感電容濾波器6進(jìn)行濾波，就能以直流電的形式輸出。)此時(shí)的功率因數(shù)補(bǔ)償電路作為直流升壓電路應(yīng)用，將原來的功率因數(shù)補(bǔ)償用SPWM作為PWM應(yīng)用。將直流電壓升壓成+400V，通過濾波電容C1進(jìn)行濾波。接著直接進(jìn)入控制保護(hù)電路5先經(jīng)過PWM調(diào)制擴(kuò)大，再經(jīng)過高頻隔離的DC/DC變換器8降低電壓，然后經(jīng)過LC電感電容濾波器6進(jìn)行濾波，就能以直流電的形式輸出。
以上所述僅為本實(shí)用新型的若干個(gè)具體實(shí)施方式
，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，還可以作出許多變型和改進(jìn)，所有的未超出本設(shè)計(jì)權(quán)利要求的變型或改進(jìn)均應(yīng)視為本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求1.一種新型不間斷電源，包括濾波器(2)、功率因數(shù)校正電路(3)、控制保護(hù)電路(5)，其特征在于在濾波器(2)前連接繼電器(1)，在濾波器(2)后依次連接功率因數(shù)校正電路(3)、儲(chǔ)能補(bǔ)償電路(4)、控制保護(hù)電路(5)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的新型不間斷電源，其特征在于所述繼電器(1)的常開觸點(diǎn)與交流電的輸入端口連接，繼電器的常閉觸點(diǎn)與直流電的輸入端口連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的新型不間斷電源，其特征在于所述功率因數(shù)校正電路(3)包括濾波電容C1；所述儲(chǔ)能補(bǔ)償電路(4)包括1～2套補(bǔ)償分路，每套補(bǔ)償分路包括電阻R1、二極管D1，上述的電阻R1、二極管D1并聯(lián)后串聯(lián)儲(chǔ)能電容C2，2套補(bǔ)償分路以并聯(lián)的形式連接在一起；市電正常時(shí)，電流經(jīng)過濾波電容C1的濾波后，一路通過電阻R1向儲(chǔ)能電容C2充電，另一路進(jìn)入控制保護(hù)電路；斷電時(shí)交直流切換時(shí)間內(nèi)，儲(chǔ)能電容C2向二極管D1放電后進(jìn)入控制保護(hù)電路；接通到直流電源后，電流經(jīng)過濾波電容C1的濾波后，直接進(jìn)入控制保護(hù)電路。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種新型不間斷電源，包括濾波器(2)、功率因數(shù)校正電路(3)、控制保護(hù)電路(5)，在濾波器(2)前連接繼電器(1)，在濾波器(2)后依次連接功率因數(shù)校正電路(3)、儲(chǔ)能補(bǔ)償電路(4)、控制保護(hù)電路(5)。這種不間斷電源采用繼電器觸點(diǎn)切換交、直電源，其切換時(shí)間由儲(chǔ)能電容器C2來補(bǔ)償，最終使得電壓輸出實(shí)現(xiàn)零中斷；其電路性能穩(wěn)定，切換可靠，真正實(shí)現(xiàn)了高效率工作，且結(jié)構(gòu)簡單，成本低。
文檔編號(hào)H02J7/10GK2678229SQ20032012230
公開日2005年2月9日 申請(qǐng)日期2003年12月8日 優(yōu)先權(quán)日2003年12月8日
發(fā)明者金劍杭 申請(qǐng)人:金劍杭