專利名稱：雙逆變不間斷電源實現(xiàn)交直流隔離的方法及電路的制作方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及逆變不間斷電源(UPS)領域，尤其涉及雙逆變不間斷電源實現(xiàn)交直流
隔離技術(shù)。
背景技術(shù)：
不間斷電源(UPS)是一種穩(wěn)壓、純凈、不間斷的高品質(zhì)電源，隨著信息技術(shù)的高速發(fā)展和計算機的廣泛應用，它已成為電力控制系統(tǒng)中不可缺少的電源裝置。在整個電力控制系統(tǒng)中，UPS的后備直流電源取自直流系統(tǒng)中的直流母線；同時為了不增加直流母線上高頻整流模塊的工作壓力，UPS正常工作時使用的是交流電網(wǎng)的電源，只有當電網(wǎng)停電才轉(zhuǎn)為直流母線供電(即UPS不是工作于純逆變狀態(tài))。直流系統(tǒng)負責為電力控制系統(tǒng)中的繼
電保護、自動裝置、信號采集及事故照明等設備提供可靠的工作電源。為保障整個控制系統(tǒng)
的安全、可靠運行，直流母線必須與交流電網(wǎng)隔離，因此對于UPS來說也必須做到交直流隔離(即AC-DC隔離)。目前在業(yè)界普遍采用的方案，是在UPS的交流輸入端增加一個輸入隔離變壓器；這種方案雖然實現(xiàn)方法簡單，對UPS改動較小，但是也存在幾個缺點1.變壓器體積較大、重量重。2.存在轉(zhuǎn)換效率的問題；由于隔離變壓器的效率一般為92% 95%之間，這樣就使得UPS整機效率出現(xiàn)下降；同時損耗掉的那部份能量將以熱能的形式散發(fā)掉，給整機的散熱系統(tǒng)帶來一定的壓力。3.成本造價較高。

發(fā)明內(nèi)容
針對上述問題，本發(fā)明提出一種雙逆變不間斷電源實現(xiàn)交直流隔離的方法及電路來解決，不僅變壓器體積較小，且轉(zhuǎn)換效率更高，成本也更加低廉。
本發(fā)明的技術(shù)方案是 本發(fā)明的雙逆變不間斷電源實現(xiàn)交直流隔離的方法，用于將交流輸入的交流逆變電路與直流輸入的直流逆變電路進行電氣隔離。其中，交流輸入電源(1221)經(jīng)過整流電路(121)、交流逆變器(122)后，送至輸出隔離變壓器(T5)的第一原邊繞組(Pl)，再經(jīng)輸出隔離變壓器(T5)的副邊繞組(S)耦合輸出，構(gòu)成交流逆變通道；直流輸入電源(2221)經(jīng)過逆止裝置(221)、直流逆變器(222)后，送至輸出隔離變壓器(T5)的第二原邊繞組(P2)，再經(jīng)輸出隔離變壓器(T5)的副邊繞組(S)耦合輸出，構(gòu)成直流逆變通道。
進一步的，所述的逆止裝置(221)是二極管或者可控硅。 所述的交流逆變器和直流逆變器分別使用同一個輸出隔離變壓器的兩組原邊繞
組，來實現(xiàn)AC-DC的隔離；所述輸出隔離變壓器的兩組原邊繞組與副邊繞組的同名端關系
相一致；同時為防止交流逆變通道在工作時，第二原邊繞耦合產(chǎn)生的電壓反灌回直流母線，
在直流逆變器與直流輸入之間加入一逆止裝置，以保證交流逆變器的穩(wěn)定工作。 進一步的，在所述的交流逆變器(122)與直流逆變器(222)之間設有逆變器控制
單元(30)，負責控制這兩個逆變器(122、222)的工作狀態(tài)并保證兩個逆變器(122、222)的
同步切換，通過切換兩個逆變器(122、222)的工作使所述的雙逆變不間斷電源工作于交流態(tài)或直流態(tài)。 更進一步的，所述的逆變器控制單元(30)是由一單片機控制輸出產(chǎn)生三角波和正弦波對所述的交流逆變器(122)與直流逆變器(222)進行SP麗調(diào)制，兩個逆變器(122、222)在SP麗調(diào)制前均有進行驅(qū)動信號隔離，該單片機通過對驅(qū)動信號隔離的工作電壓進行導通或關閉控制，從而切換兩個逆變器(122、222)的工作。 再進一步的，所述的單片機還進行逆變采樣反饋、交流頻率采樣、交流電源采樣、直流電源采樣、BUS電壓采樣及LED顯示和聲音報警處理。 本發(fā)明的雙逆變不間斷電源實現(xiàn)交直流隔離的電路是交流輸入電源(1221)連接整流電路(121)、交流逆變器(122)后，連接于隔離變壓器(T5)的第一原邊繞組(Pl)，再經(jīng)輸出隔離變壓器(T5)的副邊繞組(S)耦合輸出，構(gòu)成交流逆變通道；直流輸入電源(2221)連接逆止裝置(221)、直流逆變器(222)后，連接于輸出隔離變壓器(T5)的第二原邊繞組(P2)，再經(jīng)輸出隔離變壓器(T5)的副邊繞組(S)耦合輸出，構(gòu)成直流逆變通道。
進一步的，所述的逆止裝置(221)是二極管或者可控硅。 進一步的，所述的交流逆變器(122)與直流逆變器(222)之間連接逆變器控制單元(30)，所述的逆變器控制單元(30)至少包括； 單片機模塊(301)，其輸出連接于三角波發(fā)生器模塊(302)、階梯波發(fā)生器模塊(303)、逆變器切換控制模塊(307); 三角波發(fā)生器模塊(302)，其輸入連接于所述的單片機模塊(301)，輸出連接于SP麗調(diào)制模塊(305); 階梯波發(fā)生器模塊(303)，其輸入連接于所述的單片機模塊(301)，輸出連接于正弦波發(fā)生器模塊(304); 正弦波發(fā)生器模塊(304)，其輸入連接于所述的階梯波發(fā)生器模塊(303)，輸出連接于SP麗調(diào)制模塊(305); SP麗調(diào)制模塊(305)，其輸入連接于所述的三角波發(fā)生器模塊(302)、正弦波發(fā)生器模塊(304)，其輸出連接于交流逆變器的驅(qū)動信號隔離模塊(3061)和直流逆變器的驅(qū)動信號隔離模塊(3062); 驅(qū)動信號隔離模塊(3061)，其輸入連接于所述的SP麗調(diào)制模塊(305)，輸出連接于交流逆變器(122); 驅(qū)動信號隔離模塊(3062)，其輸入連接于所述的SP麗調(diào)制模塊(305)，輸出連接于交流逆變器(222); 逆變器切換控制模塊(307)，其輸入連接于所述的單片機模塊(301)，輸出連接于所述的交流逆變器的驅(qū)動信號隔離模塊(3061)和直流逆變器的驅(qū)動信號隔離模塊(3062)。 更進一步的，所述的單片機模塊(301)輸入還連接于逆變采樣反饋模塊(308)、BUS電壓采樣模塊(310)、交流頻率采樣模塊(3111)、交流電壓采樣模塊(3112)、直流頻率采樣模塊(3113)，輸出還連接于LED顯示模塊(309)和聲音報警模塊(312);其中，
逆變采樣反饋模塊(308)，輸入連接于UPS輸出端(40)，輸出連接于所述的單片機模塊(301)和所述的正弦波發(fā)生器模塊(304); BUS電壓采樣模塊(310)，輸入連接于所述的交流逆變器(122)，輸出連接于所述的單片機模塊(301); 交流頻率采樣模塊(3111)和交流電壓采樣模塊(3112)輸入連接于交流輸入電源(1221)，直流電壓采樣模塊(3113)輸入連接于直流輸入電源(2221)，輸出均連接于所述的單片機模塊(301); LED顯示模塊(309)和聲音報警模塊(312)，輸出均連接于所述的單片機模塊(301)。 更進一步的，所述的單片機模塊(301)是PIC單片機芯片構(gòu)成的控制電路模塊。
本發(fā)明采用如上技術(shù)方案，具有如下優(yōu)點 a)省去交流輸入隔離變壓器，優(yōu)化整機結(jié)構(gòu)工藝，該變壓器的體積與整機容量成正比關系，且其功率容量應為整機容量的1.2倍左右。 b)減少一級電源變換，降低電源變換過程產(chǎn)生的損耗，進一步提高整機工作效率。
c)雙逆變器冗余備份工作，較傳統(tǒng)電力UPS減少一個公共故障點，進一步提高整機工作可靠性。 d)采用本發(fā)明的電路結(jié)構(gòu)后，雖然增加一個逆變器會增加部分電子器件，但其所增加的材料成本還是遠遠不及一個隔離變壓器的成本，兩個逆變器共用同一輸出隔離變壓器，降低生產(chǎn)制造成本。 e)采用一個逆變控制單元進行逆變控制和切換輸出，節(jié)省硬件資源，降低生產(chǎn)制造成本。


圖1是本發(fā)明的電路原理主框 圖2是本發(fā)明的電路原理詳細框 圖3是本發(fā)明的電路原理圖。
具體實施例方式
現(xiàn)結(jié)合附圖和具體實施方式
對本發(fā)明進一步說明。 參閱圖l所示，是本發(fā)明的一個最佳實施電路的原理主框圖。其中，交流輸入電源1221連接整流電路121、交流逆變器122后，連接于隔離變壓器T5的第一原邊繞組P1，再經(jīng)輸出隔離變壓器T5的副邊繞組S耦合輸出，構(gòu)成交流逆變通道；直流輸入電源2221連接逆止裝置221 、直流逆變器222后，連接于輸出隔離變壓器T5的第二原邊繞組P2，再經(jīng)輸出隔離變壓器T5的副邊繞組S耦合輸出，構(gòu)成直流逆變通道。所述的逆止裝置221是二極管(Diode)或者可控硅(SCR)。所述的交流逆變器122與直流逆變器222之間連接逆變器控制單元30。所述的交流逆變器和直流逆變器分別使用同一個輸出隔離變壓器的兩組原邊繞組，來實現(xiàn)AC-DC的隔離；所述輸出隔離變壓器的兩組原邊繞組與副邊繞組的同名端關系相一致；同時為防止交流逆變通道在工作時，第二原邊繞耦合產(chǎn)生的電壓反灌回直流母線，在直流逆變器與直流輸入之間加入一逆止裝置，以保證交流逆變器的穩(wěn)定工作。
參閱圖2和圖3所示，所述的逆變器控制單元30包括 單片機模塊301，其輸出連接于三角波發(fā)生器模塊302、階梯波發(fā)生器模塊303、逆變器切換控制模塊307 ;所述的單片機模塊301是PIC單片機芯片U29構(gòu)成的控制電路模塊。PIC單片機芯片U29可以采用PIC16C74A。 三角波發(fā)生器模塊302，其輸入連接于所述的單片機模塊301，輸出連接于SP麗調(diào) 制模塊305 ;所述的三角波發(fā)生器模塊302是由2個TL072運放器及外圍電阻和電容元件 構(gòu)成的三角波發(fā)生電路。 階梯波發(fā)生器模塊303，其輸入連接于所述的單片機模塊301，輸出連接于正弦波 發(fā)生器模塊304 ;所述的階梯波發(fā)生器模塊303是由3個LM324運放器和1個4051模擬開 關芯片及外圍電阻電容等元件構(gòu)成的階梯波發(fā)生電路。 正弦波發(fā)生器模塊304，其輸入連接于所述的階梯波發(fā)生器模塊303，輸出連接于 SP麗調(diào)制模塊305 ;所述的正弦波發(fā)生器模塊304是由3個LM324運放器及外圍電阻和電 容元件構(gòu)成的正弦波發(fā)生電路。 SP麗調(diào)制模塊305，其輸入連接于所述的三角波發(fā)生器模塊302、正弦波發(fā)生器模 塊304，其輸出連接于交流逆變器的驅(qū)動信號隔離模塊3061和直流逆變器的驅(qū)動信號隔離 模塊3062 ;所述的SP麗調(diào)制模塊305則是由4個LM339電壓比較器芯片及連接的4個與 非門器構(gòu)成的4路輸出的SP麗調(diào)制電路。 驅(qū)動信號隔離模塊3061，其輸入連接于所述的SP麗調(diào)制模塊305，輸出連接于交 流逆變器122 ; 驅(qū)動信號隔離模塊3062，其輸入連接于所述的SP麗調(diào)制模塊305，輸出連接于交 流逆變器222 ;所述的驅(qū)動信號隔離模塊3061和驅(qū)動信號隔離模塊3062均是采用光電耦 合器組成的驅(qū)動隔離電路。 逆變器切換控制模塊307，其輸入連接于所述的單片機模塊301，輸出連接于所述 的交流逆變器的驅(qū)動信號隔離模塊3061和直流逆變器的驅(qū)動信號隔離模塊3062 ;所述的 逆變器切換控制模塊307是由ULN2004大電流達林頓管驅(qū)動器及外圍的電阻和三極管等構(gòu) 成的切換控制電路。 所述的單片機模塊301輸入還連接于逆變采樣反饋模塊308、 BUS電壓采樣模塊 310、交流頻率采樣模塊3111、交流電壓采樣模塊3112、直流頻率采樣模塊3113，輸出還連 接于LED顯示模塊309和聲音報警模塊312 ;其中， 逆變采樣反饋模塊308，輸入連接于UPS輸出端40，輸出連接于所述的單片機模塊 301和所述的正弦波發(fā)生器模塊304 ;所述的逆變采樣反饋模塊308就是將逆變UPS輸出端 40通過一耦合變壓器和T型RC采集網(wǎng)絡進行逆變采樣反饋至正弦波發(fā)生器模塊304。
BUS電壓采樣模塊310，輸入連接于所述的交流逆變器122，輸出連接于所述的單 片機模塊301 ;所述的BUS電壓采樣模塊310是由一個LM393運放器及外圍的電阻、電容元 件構(gòu)成的電壓采樣電路，并通過一個光耦器隔離輸入至單片機U29的端口 。
交流頻率采樣模塊3111和交流電壓采樣模塊3112輸入連接于交流輸入電源 1221，直流電壓采樣模塊3113輸入連接于直流輸入電源2221，輸出均連接于所述的單片機 模塊301 ;所述的交流電壓采樣模塊3112和直流電壓采樣模塊3113均是T型RC濾波的電 壓采集電路，交流頻率采樣模塊3111誰由一個三極管的基極端串接于RC充放電單元，集電 極和發(fā)射極并接一波形輸出電容構(gòu)成的頻率采集單元電路。 LED顯示模塊309和聲音報警模塊312，輸出均連接于所述的單片機模塊301。所 述的LED顯示模塊309由單片機芯片U29的端口直接驅(qū)動。所述的聲音報警模塊312是由單片機芯片U29的端口連接一個三級管Q13驅(qū)動的蜂鳴器電路實現(xiàn)。
本發(fā)明的工作原理是 1) PIC單片機產(chǎn)生的9. 6KHz P麗波形經(jīng)過三角波發(fā)生器后得到9. 6KHz的三角波 信號。 2)PIC單片機產(chǎn)生的階梯波時序脈沖控制階梯波發(fā)生器產(chǎn)生50Hz的正弦階梯波 信號，再經(jīng)過正弦波發(fā)生器得到50Hz的正弦波信號。 3)三角波信號與正弦波信號一起送到SP麗調(diào)制電路，產(chǎn)生的SP麗信號分別送往 驅(qū)動信號隔離電路，經(jīng)過隔離處理后驅(qū)動各自逆變器完成逆變輸出。 4)逆變輸出的電壓信號經(jīng)過逆變采樣反饋電路，產(chǎn)生兩個電壓反饋信號一個送 到正弦波發(fā)生器，用于穩(wěn)定輸出電壓。另一個送到PI C單片機進行輸出電壓的檢測，以作 保護用。 5)PIC單片機通過對交流輸入電壓、交流逆變器的BUS電壓等信號進行檢測，然后 送出一個逆變器切換控制信號，經(jīng)過逆變器切換控制電路后分別控制驅(qū)動信號隔離電路的 工作與否，從而實現(xiàn)控制交流逆變器或直流逆變器的工作與否。
單片機的控制邏輯是 1)交流輸入電壓及交流逆變器的BUS電壓正常，則逆變器切換控制信號為低電 平，交流逆變器的驅(qū)動信號隔離電路工作，交流逆變器實現(xiàn)逆變輸出。 2)交流輸入電壓或交流逆變器的BUS電壓異常，則逆變器切換控制信號為高電 平，直流逆變器的驅(qū)動信號隔離電路工作，直流逆變器實現(xiàn)逆變輸出。 盡管結(jié)合優(yōu)選實施方案具體展示和介紹了本發(fā)明，但所屬領域的技術(shù)人員應該明 白，在不脫離所附權(quán)利要求書所限定的本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，在形式上和細節(jié)上可以對 本發(fā)明做出各種變化，均為本發(fā)明的保護范圍。
權(quán)利要求
雙逆變不間斷電源實現(xiàn)交直流隔離的方法，用于將交流輸入的交流逆變電路與直流輸入的直流逆變電路進行電氣隔離，其特征在于交流輸入電源(1221)經(jīng)過整流電路(121)、交流逆變器(122)后，送至輸出隔離變壓器(T5)的第一原邊繞組(P1)，再經(jīng)輸出隔離變壓器(T5)的副邊繞組(S)耦合輸出，構(gòu)成交流逆變通道；直流輸入電源(2221)經(jīng)過逆止裝置(221)、直流逆變器(222)后，送至輸出隔離變壓器(T5)的第二原邊繞組(P2)，再經(jīng)輸出隔離變壓器(T5)的副邊繞組(S)耦合輸出，構(gòu)成直流逆變通道。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙逆變不間斷電源實現(xiàn)交直流隔離的方法，其特征在于所述的逆止裝置(221)是二極管或者可控硅。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙逆變不間斷電源實現(xiàn)交直流隔離的方法，其特征在于在所述的交流逆變器(122)與直流逆變器(222)之間設有逆變器控制單元(30)，負責控制這兩個逆變器(122、222)的工作狀態(tài)并保證兩個逆變器(122、222)的同步切換，通過切換兩個逆變器(122、222)的工作使所述的雙逆變不間斷電源工作于交流態(tài)或直流態(tài)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的雙逆變不間斷電源實現(xiàn)交直流隔離的方法，其特征在于所述的逆變器控制單元(30)是由一單片機控制輸出產(chǎn)生三角波和正弦波對所述的交流逆變器(122)與直流逆變器(222)進行SP麗調(diào)制，兩個逆變器(122、222)在SP麗調(diào)制前均有進行驅(qū)動信號隔離，該單片機通過對驅(qū)動信號隔離的工作電壓進行導通或關閉控制，從而切換兩個逆變器(122、222)的工作。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的雙逆變不間斷電源實現(xiàn)交直流隔離的方法，其特征在于所述的單片機還進行逆變采樣反饋、交流頻率采樣、交流電源采樣、直流電源采樣、BUS電壓采樣及LED顯示和聲音報警處理。
6. 通過上述任一權(quán)利要求方法實現(xiàn)的電路，其特征在于交流輸入電源(1221)連接整流電路(121)、交流逆變器(122)后，連接于隔離變壓器(T5)的第一原邊繞組(Pl)，再經(jīng)輸出隔離變壓器(T5)的副邊繞組(S)耦合輸出，構(gòu)成交流逆變通道；直流輸入電源(2221)連接逆止裝置(221)、直流逆變器(222)后，連接于輸出隔離變壓器(T5)的第二原邊繞組(P2)，再經(jīng)輸出隔離變壓器(T5)的副邊繞組(S)耦合輸出，構(gòu)成直流逆變通道。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的電路，其特征在于所述的逆止裝置(221)是二極管或者可控硅。
8. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的電路，其特征在于所述的交流逆變器(122)與直流逆變器(222)之間連接逆變器控制單元(30)，所述的逆變器控制單元(30)至少包括，單片機模塊(301)，其輸出連接于三角波發(fā)生器模塊(302)、階梯波發(fā)生器模塊(303)、逆變器切換控制模塊(307);三角波發(fā)生器模塊(302)，其輸入連接于所述的單片機模塊(301)，輸出連接于SP麗調(diào)制模塊(305);階梯波發(fā)生器模塊(303)，其輸入連接于所述的單片機模塊(301)，輸出連接于正弦波發(fā)生器模塊(304);正弦波發(fā)生器模塊(304)，其輸入連接于所述的階梯波發(fā)生器模塊(303)，輸出連接于SP麗調(diào)制模塊(305);SP麗調(diào)制模塊(305)，其輸入連接于所述的三角波發(fā)生器模塊(302)、正弦波發(fā)生器模塊(304)，其輸出連接于交流逆變器的驅(qū)動信號隔離模塊(3061)和直流逆變器的驅(qū)動信號隔離模塊(3062);驅(qū)動信號隔離模塊(3061)，其輸入連接于所述的SPWM調(diào)制模塊(305)，輸出連接于交流逆變器(122);驅(qū)動信號隔離模塊(3062)，其輸入連接于所述的SP麗調(diào)制模塊(305)，輸出連接于交流逆變器(222);逆變器切換控制模塊(307)，其輸入連接于所述的單片機模塊(301)，輸出連接于所述的交流逆變器的驅(qū)動信號隔離模塊(3061)和直流逆變器的驅(qū)動信號隔離模塊(3062)。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的電路，其特征在于所述的單片機模塊(301)輸入還連接于逆變采樣反饋模塊(308) 、BUS電壓采樣模塊(310)、交流頻率采樣模塊(3111)、交流電壓采樣模塊(3112)、直流頻率采樣模塊(3113)，輸出還連接于LED顯示模塊(309)和聲音報警模塊(312);其中，逆變采樣反饋模塊(308)，輸入連接于UPS輸出端(40)，輸出連接于所述的單片機模塊(301)和所述的正弦波發(fā)生器模塊(304);BUS電壓采樣模塊(310)，輸入連接于所述的交流逆變器(122)，輸出連接于所述的單片機模塊(301);交流頻率采樣模塊(3111)和交流電壓采樣模塊(3112)輸入連接于交流輸入電源(1221)，直流電壓采樣模塊(3113)輸入連接于直流輸入電源(2221)，輸出均連接于所述的單片機模塊(301);LED顯示模塊(309)和聲音報警模塊(312)，輸出均連接于所述的單片機模塊(301)。
10. 根據(jù)權(quán)利要求8或9所述的電路，其特征在于所述的單片機模塊(301)是PIC單片機芯片構(gòu)成的控制電路模塊。
全文摘要
本發(fā)明涉及逆變不間斷電源(UPS)領域，尤其涉及雙逆變不間斷電源實現(xiàn)交直流隔離技術(shù)。本發(fā)明的雙逆變不間斷電源實現(xiàn)交直流隔離的方法和電路，用于將交流輸入的交流逆變電路與直流輸入的直流逆變電路進行電氣隔離。其中，交流輸入電源(1221)經(jīng)過整流電路(121)、交流逆變器(122)后，送至輸出隔離變壓器(T5)的第一原邊繞組(P1)，再經(jīng)輸出隔離變壓器(T5)的副邊繞組(S)耦合輸出，構(gòu)成交流逆變通道；直流輸入電源(2221)經(jīng)過逆止裝置(221)、直流逆變器(222)后，送至輸出隔離變壓器(T5)的第二原邊繞組(P2)，再經(jīng)輸出隔離變壓器(T5)的副邊繞組(S)耦合輸出，構(gòu)成直流逆變通道。
文檔編號H02M7/537GK101710790SQ200910194280
公開日2010年5月19日 申請日期2009年11月24日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月24日
發(fā)明者巫良生, 林東權(quán), 林火土, 陳文全 申請人:廈門普羅太克科技有限公司