專利名稱：多模式工作ups電源的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種供電電源，尤其是涉及一種多模式工作UPS電源。
技術(shù)背景常規(guī)中大功率UPS電源只有單一的雙變換在線工作模式，整機(jī)效率一股只有85% 左右，通常適應(yīng)負(fù)載為計算機(jī)和一些精密設(shè)備，對電機(jī)之內(nèi)的感性負(fù)載必須要放大7-10倍余量才能正常工作，沒有變頻啟動等功能，對負(fù)載適應(yīng)能力不強(qiáng)，自身耗電量高不節(jié)能
實用新型內(nèi)容
本實用新型的目的就是克服現(xiàn)有UPS電源只有單一雙變換在線工作模式的不足， 提出一種具有多種工作模式的UPS供電電源。為實現(xiàn)上述目的，本實用新型一種多模式工作UPS電源，包括市電輸入、蓄電池、 整流器、逆變器，旁路靜態(tài)開關(guān)、逆變靜態(tài)開關(guān)、MCU單片機(jī)控制電路、外部輸入電路、外部輸出電路，市電輸入一路依次經(jīng)整流器、逆變器、逆變靜態(tài)開關(guān)至交流輸出，另一路經(jīng)旁路靜態(tài)開關(guān)至交流輸出，蓄電池連接在整流器輸出端和逆變器輸入端的連接點，MCU單片機(jī)控制電路輸出旁路靜態(tài)開關(guān)控制信號至旁路靜態(tài)開關(guān)、輸出逆變靜態(tài)開關(guān)控制信號至逆變靜態(tài)開關(guān)、輸出逆變控制信號至逆變器，輸出工作狀態(tài)數(shù)據(jù)信號至外部輸出電路，輸入市電輸入采樣信號、輸入外部輸入電路輸入的信號。上述MCU單片機(jī)控制電路還可以輸出整流控制信號至整流器，輸入蓄電池采樣信號、輸入逆變采樣信號、輸入交流輸出采樣信號。在一種實施方式中，上述MCU單片機(jī)控制電路包括主機(jī)MCU單片機(jī)控制電路和顯示MCU單片機(jī)控制電路，主機(jī)MCU單片機(jī)控制電路經(jīng)串行接口與顯示MCU單片機(jī)控制電路傳輸數(shù)據(jù)，上述MCU單片機(jī)控制電路輸出的旁路靜態(tài)開關(guān)控制信號、逆變靜態(tài)開關(guān)控制信號、逆變控制信號為主機(jī)MCU單片機(jī)控制電路輸出，上述MCU單片機(jī)控制電路輸入的市電輸入采樣信號為主機(jī)MCU單片機(jī)控制電路輸入，上述MCU單片機(jī)控制電路輸出的工作狀態(tài)數(shù)據(jù)信號為顯示MCU單片機(jī)控制電路輸出，上述MCU單片機(jī)控制電路輸入的外部輸入電路輸入信號為顯示MCU單片機(jī)控制電路輸入。主機(jī)MCU單片機(jī)控制電路還可以輸出整流控制信號至整流器，輸入蓄電池采樣信號、輸入逆變采樣信號、輸入交流輸出采樣信號。上述外部輸出電路可為顯示電路或報警電路，上述外部輸入電路可為按鍵電路， MCU單片機(jī)控制電路輸出工作狀態(tài)數(shù)據(jù)信號至顯示電路顯示或報警電路報警，輸入按鍵電路輸入的設(shè)置信號。上述外部輸出電路和外部輸入電路可為串行接口，MCU單片機(jī)控制電路經(jīng)串行接口連接后臺監(jiān)控。本實用新型由于應(yīng)用了 MCU單片機(jī)控制電路，并設(shè)置了旁路靜態(tài)開關(guān)和逆變靜態(tài)開關(guān)，用戶可以根據(jù)自己的負(fù)載情況，通過外部輸入電路輸入的信號設(shè)置本實用新型的工作模式。如計算機(jī)和精密設(shè)備負(fù)載，設(shè)置為在線雙變換工作模式(UPS)；普通負(fù)載設(shè)備，設(shè)置為經(jīng)濟(jì)運(yùn)行模式(ECO)；電機(jī)負(fù)載設(shè)備，設(shè)置為變頻緩啟動應(yīng)急模式(EPS)。本實用新型的特點是負(fù)載適應(yīng)能力強(qiáng)、用途廣泛、節(jié)能、電路性能穩(wěn)定、成本低、工作模式設(shè)置轉(zhuǎn)換方便、操作簡單。

圖1是本實用新型實施例的電路方框圖；圖2是圖1的主機(jī)MCU單片機(jī)控制電路控制的主電路原理具體實施方式
以下結(jié)合附圖詳述本實用新型的結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)如圖1所示，為本實用新型實施例的電路方框圖，包括市電輸入、蓄電池、整流器、 逆變器，旁路靜態(tài)開關(guān)、逆變靜態(tài)開關(guān)、MCU單片機(jī)控制電路、外部輸入電路和外部輸出電路。MCU單片機(jī)控制電路包括主機(jī)MCU單片機(jī)控制電路和顯示MCU單片機(jī)控制電路，主機(jī) MCU單片機(jī)控制電路經(jīng)串行接口與顯示MCU單片機(jī)控制電路傳輸數(shù)據(jù)，外部輸出電路為顯示電路和報警電路，外部輸入電路為按鍵電路，外部輸出電路和外部輸入電路還可為RS232 串行接口，連接后臺監(jiān)控。市電輸入一路依次經(jīng)整流器、逆變器、逆變靜態(tài)開關(guān)至交流輸出，另一路經(jīng)旁路靜態(tài)開關(guān)至交流輸出，蓄電池連接在整流器輸出端和逆變器輸入端的連接點。主機(jī)MCU單片機(jī)控制電路輸出旁路靜態(tài)開關(guān)控制信號至旁路靜態(tài)開關(guān)，控制關(guān)斷或開通旁路靜態(tài)開關(guān)； 輸出逆變靜態(tài)開關(guān)控制信號至逆變靜態(tài)開關(guān)，控制關(guān)斷或開通逆變靜態(tài)開關(guān)；輸出逆變控制信號至逆變器，控制逆變器關(guān)閉或逆變工作或變頻緩啟動逆變工作；輸出整流控制信號至整流器，控制整流器關(guān)閉或整流工作；輸入市電輸入采樣信號，判斷市電輸入正常否；輸入蓄電池采樣信號，判斷蓄電池正常否；輸入逆變采樣信號，判斷逆變器正常否；輸入交流輸出采樣信號，判斷交流輸出正常否。顯示MCU單片機(jī)控制電路輸出工作狀態(tài)數(shù)據(jù)信號至顯示電路顯示和報警電路報警，輸入按鍵電路輸入的設(shè)置信號。顯示MCU單片機(jī)控制電路經(jīng)RS232串行接口連接后臺監(jiān)控，發(fā)送工作狀態(tài)數(shù)據(jù)信號至后臺監(jiān)控，接收后臺監(jiān)控的設(shè)置參數(shù)數(shù)據(jù)信號。主機(jī)MCU單片機(jī)控制電路，通過對市電輸入、交流輸出、蓄電池等的采集，并通過串行通訊和顯示MCU單片機(jī)控制電路進(jìn)行通訊，按用戶設(shè)置的模式進(jìn)行工作。顯示MCU單片機(jī)控制電路，是分機(jī)對話的窗口，將主機(jī)MCU單片機(jī)控制電路的工作數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)算處理，然后控制顯示電路的LED指示燈顯示主機(jī)的工作狀態(tài)，并通過報警電路的蜂鳴器報警，同時將所有的數(shù)據(jù)和狀態(tài)通過顯示電路的LCD液晶顯示器顯示；將主機(jī)的運(yùn)行數(shù)據(jù)通過RS232串行接口和后臺監(jiān)控通訊；按鍵電路是用戶對顯示內(nèi)容進(jìn)行查詢或參數(shù)設(shè)置。整流器將市電的交流電轉(zhuǎn)換成直流電，供蓄電池充電和逆變器工作電源。采用可控硅橋式整流器，通過控制可控硅的導(dǎo)通角調(diào)整輸出電壓。當(dāng)電池低壓時給電池充電，整流器工作在恒流模式，電池充滿后工作在恒壓狀態(tài)。逆變器則是將整流器輸出的直流電或蓄電池的直流電轉(zhuǎn)換成交流電輸出。旁路靜態(tài)開關(guān)和逆變靜態(tài)開關(guān)是旁路和逆變雙電源轉(zhuǎn)換的電子開關(guān)。[0021]輔助電源則是供給電路的工作電源。蓄電池則是后備能源。在市電異常時代替市電輸入，提供后備供電。如圖2所示，為主機(jī)MCU單片機(jī)控制電路控制的主電路原理圖，其中，SWl為電池開關(guān)，SW2為整流開關(guān)，SW3為旁路開關(guān)，SW4為輸出開關(guān)。當(dāng)市電正常時，首先通過整流開關(guān)SW2、濾波電容Cl、濾波電感Ll濾后連接到整流器，整流器采用可控硅橋式整流器Ql，可控硅橋式整流器Ql將市電輸入整流變換成直流電，經(jīng)熔斷器F1，總線電容C2濾波，給蓄電池充電，同時供給逆變器。當(dāng)電池充滿后恒定在浮充電壓供給逆變器。主機(jī)MCU單片機(jī)輸出的整流控制信號至可控硅橋式整流器Q1A、Q1B、 QIC、QlD的可控硅柵極，通過調(diào)整可控硅Q1A、Q1B、Q1C、Q1D的導(dǎo)通角，調(diào)整整流電壓。蓄電池充電則是整流后的直流電壓通過二極管D1給電池充電，充電電流通過HRl 霍耳電流傳感器進(jìn)行測量，當(dāng)電池低壓時進(jìn)入恒流充電模式，電池充滿后則轉(zhuǎn)為恒壓模式。電池逆變工作蓄電池首先通過電池開關(guān)SW1，電池軟啟動限流電阻RSl給總線電容C2充電，當(dāng)電容C2充滿后，主機(jī)MCU單片機(jī)送出控制信號觸發(fā)可控硅Q5導(dǎo)通，短路電池軟啟動限流電阻RS1，電池電流通過可控硅Q5供給逆變器。逆變器采用1681~逆變橋06 0單元!1橋064、068、06(、060)。當(dāng)主機(jī)MCU單片機(jī)控制逆變器工作時，輸出逆變控制信號SPWM驅(qū)動波，通過外部電路分成4路驅(qū)動信號至IGBT 逆變橋Q6的柵極，通過IGBT逆變橋Q6開關(guān)斬波，逆變變壓器Tl耦合，并通過變壓器的漏感和輸出逆變?yōu)V波電容C3，濾出純凈的正弦交流電。旁路靜態(tài)開關(guān)Q4采用反向并聯(lián)的可控硅Q4A、Q4B，逆變靜態(tài)開關(guān)Q5采用反向并聯(lián)的可控硅Q5A、Q5B，旁路靜態(tài)開關(guān)Q4和逆變靜態(tài)開關(guān)Q5是雙電源轉(zhuǎn)換開關(guān)，切換旁路和逆變兩路交流電。當(dāng)逆變輸出時，主機(jī)MCU單片機(jī)發(fā)出逆變靜態(tài)開關(guān)Q5的觸發(fā)信號，也即輸出逆變靜態(tài)開關(guān)控制信號作用于反向并聯(lián)可控硅Q5A、Q5B的柵極，觸發(fā)反向并聯(lián)可控硅 Q5A、Q5B導(dǎo)通，逆變輸出，同時發(fā)出旁路封鎖信號，關(guān)閉旁路靜態(tài)開關(guān)Q4，也即主機(jī)MCU單片機(jī)輸出旁路靜態(tài)開關(guān)控制信號作用于反向并聯(lián)可控硅Q4A、Q4B的柵極，觸發(fā)反向并聯(lián)可控硅Q4A、Q4B截止。當(dāng)控制旁路輸出時，則控制旁路靜態(tài)開關(guān)Q4導(dǎo)通，關(guān)閉逆變靜態(tài)開關(guān)Q5。輸出互感器CTl是輸出電流采樣，用來對輸出功率進(jìn)行測量和保護(hù)。主機(jī)M⑶單片機(jī)控制電路和顯示M⑶單片機(jī)控制電路的M⑶芯片均采用FREESCAL 公司的MC9S08AW16。此單片機(jī)有10位A/D轉(zhuǎn)換器，兩個串行通訊口，2個定時器，有捕捉、 比較和PWM功能。LQFP-G44/LQFP-G64的SMD)封裝，外圍電路簡單。1.采用串行通信，主機(jī)MCU單片機(jī)和顯示MCU單片機(jī)實現(xiàn)數(shù)據(jù)通信。2.利用A/D轉(zhuǎn)換器對輸入輸出電壓、電流、電池電壓、充電電流、溫度進(jìn)行采樣測量。3.利用MCU單片機(jī)的PWM功能，產(chǎn)生SPWM正弦脈寬調(diào)制信號，控制IGBT逆變橋啟動。其它的口線實現(xiàn)對電路的各種控制。本實施例的其余電路原理圖，如按鍵、顯示、報警電路等，是本領(lǐng)域技術(shù)人員通曉的知識，此處不多描述。本實用新型的工作過程如下用戶通過按鍵設(shè)置和顯示器顯示來查詢或設(shè)置工作模式，也可以接收后臺監(jiān)控的設(shè)置參數(shù)數(shù)據(jù)信號來設(shè)置工作模式。[0037]用戶設(shè)置為在線雙變換模式(UPQ 市電輸入正常時，通過整流器進(jìn)行整流，整流后分成兩路輸出，一路送到逆變器，通過逆變器轉(zhuǎn)換成穩(wěn)定的交流電壓，另一路給蓄電池充電，電池充滿后整流器處于浮充狀態(tài)，即只有充電電壓而沒充電電流。主機(jī)MCU單片機(jī)控制關(guān)斷旁路靜態(tài)開關(guān)，開通逆變靜態(tài)開關(guān)，逆變器轉(zhuǎn)換成的交流電壓經(jīng)逆變靜態(tài)開關(guān)輸出。市電異常時，蓄電池電壓經(jīng)逆變器逆變成穩(wěn)定的交流電壓后通過逆變靜態(tài)開關(guān)輸出。當(dāng)逆變器關(guān)閉或故障時，主機(jī)MCU單片機(jī)控制開通旁路靜態(tài)開關(guān)。這種工作模式在市電正常時直接通過整流、逆變輸出，零毫秒切換，輸出電壓穩(wěn)壓動態(tài)響應(yīng)好，波形失真小。適用于對供電質(zhì)量高，對切換時間要求特別短的負(fù)載。用戶設(shè)置為經(jīng)濟(jì)運(yùn)行模式(ECO)市電輸入正常時，通過整流器進(jìn)行整流，整流后分成兩路輸出，一路送到逆變器，通過逆變器轉(zhuǎn)換成穩(wěn)定的交流電壓，另一路給蓄電池充電，電池充滿后整流器處于浮充狀態(tài)。此時主機(jī)MCU單片機(jī)會發(fā)出逆變控制信號SPWM驅(qū)動波至IGBT逆變橋的柵極，逆變器正常工作，同時主機(jī)MCU單片機(jī)發(fā)出旁路靜態(tài)開關(guān)開通信號，逆變靜態(tài)開關(guān)關(guān)斷信號，輸出端負(fù)載由旁路靜態(tài)開關(guān)供電輸出，逆變器處于逆變待機(jī)工作狀態(tài)而不帶負(fù)載。市電異常時，在主機(jī)MCU單片機(jī)的控制下快速關(guān)斷旁路靜態(tài)開關(guān)， 開通逆變靜態(tài)開關(guān)，切換到逆變器輸出。這種工作模式在市電正常時直接通過旁路靜態(tài)開關(guān)輸出，不經(jīng)過整流和逆變兩級變換，整機(jī)的效率高達(dá)97%，比在線雙變換模式(UPQ節(jié)能 5% -10%的電量。用戶設(shè)置為變頻緩啟動應(yīng)急模式(EPS)市電輸入正常時，通過整流器進(jìn)行整流， 整流后分成兩路輸出，一路送到逆變器，另一路給蓄電池充電，電池充滿后整流器處于浮充狀態(tài)。主機(jī)MCU單片機(jī)控制開通旁路靜態(tài)開關(guān)，關(guān)斷逆變靜態(tài)開關(guān)，輸出端負(fù)載由旁路靜態(tài)開關(guān)供電輸出，此時主機(jī)MCU單片機(jī)不會輸出逆變控制信號SPWM驅(qū)動波，IGBT逆變橋的柵極沒有驅(qū)動電壓，逆變器不進(jìn)行逆變工作，完全處于停止?fàn)顟B(tài)。當(dāng)市電異常時，主機(jī)MCU單片機(jī)輸出頻率由窄到寬的SPWM驅(qū)動波，頻率由IOHz到50Hz緩慢增加，而逆變器的逆變輸出電壓也由低到高增加，同時主機(jī)MCU單片機(jī)控制開通逆變靜態(tài)開關(guān)，關(guān)閉旁路靜態(tài)開關(guān)； 負(fù)載轉(zhuǎn)由逆變器逆變輸出供電。這種工作模式在市電正常時直接通過旁路輸出，不經(jīng)過整流和逆變兩級變換，整機(jī)的效率高，節(jié)能運(yùn)行，但是逆變輸出和旁路輸出的切換時間長，不適應(yīng)對切換時間有要求的設(shè)備；啟動方式為變頻緩啟動，適用于對切換時間要求不高的動力性負(fù)載或啟動沖擊電流大的電機(jī)類負(fù)載，實現(xiàn)后備應(yīng)急供電。整機(jī)的效率高達(dá)98%，比在線雙變換模式(UPS)節(jié)能5% -10%的電量。可見，用戶能夠根據(jù)自己的負(fù)載設(shè)備情況設(shè)置電源的工作模式，計算機(jī)和精密設(shè)備選擇在線雙變換工作模式(UPQ、普通負(fù)載設(shè)備選擇經(jīng)濟(jì)運(yùn)行模式(ECO)、電機(jī)負(fù)載設(shè)備選擇變頻緩啟動應(yīng)急模式(EPS)，負(fù)載適應(yīng)能力強(qiáng)、用途廣泛。ECO經(jīng)濟(jì)運(yùn)行模式整機(jī)效率可達(dá)到97%，轉(zhuǎn)換時間1.8毫秒，EPS變頻緩啟動應(yīng)急模式可以按1 1倍直接啟動電動機(jī)，整機(jī)效率可達(dá)到98%，根據(jù)不同的負(fù)載選擇不同的模式工作，可節(jié)能5% -10%，此電路性能穩(wěn)定，成本低，操作簡單。
權(quán)利要求1.一種多模式工作UPS電源，包括市電輸入、蓄電池、整流器、逆變器，其特征在于還包括旁路靜態(tài)開關(guān)、逆變靜態(tài)開關(guān)、MCU單片機(jī)控制電路、外部輸入電路、外部輸出電路，市電輸入一路依次經(jīng)整流器、逆變器、逆變靜態(tài)開關(guān)至交流輸出，另一路經(jīng)旁路靜態(tài)開關(guān)至交流輸出，蓄電池連接在整流器輸出端和逆變器輸入端的連接點，MCU單片機(jī)控制電路輸出旁路靜態(tài)開關(guān)控制信號至旁路靜態(tài)開關(guān)、輸出逆變靜態(tài)開關(guān)控制信號至逆變靜態(tài)開關(guān)、輸出逆變控制信號至逆變器，輸出工作狀態(tài)數(shù)據(jù)信號至外部輸出電路，輸入市電輸入采樣信號、 輸入外部輸入電路輸入的信號。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電源，其特征在于所述MCU單片機(jī)控制電路包括主機(jī)MCU 單片機(jī)控制電路和顯示MCU單片機(jī)控制電路，主機(jī)MCU單片機(jī)控制電路經(jīng)串行接口與顯示 MCU單片機(jī)控制電路傳輸數(shù)據(jù)，所述MCU單片機(jī)控制電路輸出的旁路靜態(tài)開關(guān)控制信號、逆變靜態(tài)開關(guān)控制信號、逆變控制信號為主機(jī)MCU單片機(jī)控制電路輸出，所述MCU單片機(jī)控制電路輸入的市電輸入采樣信號為主機(jī)MCU單片機(jī)控制電路輸入，所述MCU單片機(jī)控制電路輸出的工作狀態(tài)數(shù)據(jù)信號為顯示MCU單片機(jī)控制電路輸出，所述MCU單片機(jī)控制電路輸入的外部輸入電路輸入信號為顯示MCU單片機(jī)控制電路輸入。
專利摘要一種多模式工作UPS電源，包括市電輸入、蓄電池、整流器、逆變器，旁路靜態(tài)開關(guān)、逆變靜態(tài)開關(guān)、MCU單片機(jī)控制電路、外部輸入電路、外部輸出電路，市電輸入一路依次經(jīng)整流器、逆變器、逆變靜態(tài)開關(guān)至交流輸出，另一路經(jīng)旁路靜態(tài)開關(guān)至交流輸出，蓄電池連接在整流器輸出端和逆變器輸入端的連接點，MCU單片機(jī)控制電路輸出旁路靜態(tài)開關(guān)控制信號至旁路靜態(tài)開關(guān)、輸出逆變靜態(tài)開關(guān)控制信號至逆變靜態(tài)開關(guān)、輸出逆變器控制信號至逆變器，輸出工作狀態(tài)數(shù)據(jù)信號至外部輸出電路，輸入市電輸入采樣信號、輸入外部輸入電路輸入的信號。本實用新型克服現(xiàn)有UPS電源只有單一雙變換在線工作模式的不足，提出一種具有多種工作模式的供電電源。
文檔編號H02J7/00GK202221906SQ20112031925
公開日2012年5月16日 申請日期2011年8月29日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月29日
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