一種ups電源供應(yīng)器的切換方法及ups電源供應(yīng)器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及電源供應(yīng)器領(lǐng)域。本發(fā)明的UPS電源供應(yīng)器的切換方法，包括：A、提供第一路電源供應(yīng)通道將輸入的AC電經(jīng)過一AC/DC單元變換整理后，再經(jīng)由一DC/DC單元變換整理，轉(zhuǎn)變?yōu)楸还?yīng)對(duì)象所需的DC電并輸出，AC/DC單元變的電壓為U1，且該第一電壓U1大于第二電壓U2；B、提供第二路電源供應(yīng)通道將輸入的AC電經(jīng)過該AC/DC單元后，由充電電路單元給一蓄電單元充電，該蓄電單元輸出通過單向壓差隔離單元后，再經(jīng)由該DC/DC單元變換整理，其中蓄電單元輸出電壓為U2；C、對(duì)第一路電源供應(yīng)通道和第二路電源供應(yīng)通道進(jìn)行切換：當(dāng)AC電正常輸入時(shí)，僅由第一路電源供應(yīng)通道輸出DC電；當(dāng)AC電輸入失去時(shí)，由第二路電源供應(yīng)通道輸出DC電。根據(jù)上述，本發(fā)明還提出一種UPS電源供應(yīng)器。
【專利說明】—種UPS電源供應(yīng)器的切換方法及UPS電源供應(yīng)器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及電源供應(yīng)器領(lǐng)域，更具體的說涉及一種零切換高效率UPS電源供應(yīng)器及其切換方法。
【背景技術(shù)】
[0002]高速發(fā)展的計(jì)算機(jī)、互聯(lián)網(wǎng)以及云端計(jì)算技術(shù)帶領(lǐng)人類進(jìn)入了信息社會(huì)，隨著互聯(lián)網(wǎng)的高速發(fā)展。人們以網(wǎng)絡(luò)為媒體，對(duì)信息的需求也在不斷的增加，隨之對(duì)不間斷電源的需求及供電多樣性提出了更高的要求。目前市場(chǎng)上多樣性供電方式主要有以下方式:一種是，采用傳統(tǒng)的UPS逆變器作為后備電源，其工作原理是:將DC轉(zhuǎn)換成交流后，在經(jīng)電源轉(zhuǎn)換后給系統(tǒng)供電；該方式不僅成本高，同時(shí)整體效率低。另一種是，采用1+1電源冗余的方式來給系統(tǒng)供電，當(dāng)一臺(tái)電源出現(xiàn)故障時(shí)，將有備用電源開始供電；該方式不僅成本高，同時(shí)當(dāng)AC大面積停電時(shí)，系統(tǒng)將不能工作。另外當(dāng)今能源的枯竭、節(jié)約能源、提倡環(huán)保已經(jīng)是我們亟待從各個(gè)方面解決的問題，提高電源效率也是必然的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]有鑒于此，本發(fā)明人針對(duì)現(xiàn)有的電源供應(yīng)器的上述缺陷深入研究，提出一種UPS電源供應(yīng)器的高效零切換的切換方法以及該UPS電源供應(yīng)器。
[0004]本發(fā)明公開一種UPS電源供應(yīng)器的切換方法，包括:
[0005]A，提供第一路電源供應(yīng)通道:該第一路電源供應(yīng)通道是，將輸入的AC電經(jīng)過一AC/DC單元變換整理后，再經(jīng)由一 DC/DC單元變換整理，轉(zhuǎn)變?yōu)楸还?yīng)對(duì)象所需的DC電并輸出，其中該AC/DC單兀變換整理后的電壓為第一電壓Ul,且該第一電壓Ul大于第二電壓U2 ；
[0006]B，提供第二路電源供應(yīng)通道:該第二路電源供應(yīng)通道是，將輸入的AC電經(jīng)過該AC/DC單元變換整理后，由充電電路單元給一蓄電單元充電，該蓄電單元輸出通過單向壓差隔離單元后，再經(jīng)由該DC/DC單元變換整理，轉(zhuǎn)變?yōu)楸还?yīng)對(duì)象所需的DC電并輸出，其中蓄電單兀輸出電壓為第二電壓U2,且該第二電壓U2小于該第一電壓Ul ；
[0007]C，對(duì)第一路電源供應(yīng)通道和第二路電源供應(yīng)通道進(jìn)行切換:當(dāng)AC電正常輸入時(shí)，因該第一電壓Ul大于該第二電壓U2,僅由第一路電源供應(yīng)通道輸出DC電；當(dāng)AC電輸入失去時(shí)，由第二路電源供應(yīng)通道輸出DC電。
[0008]本發(fā)明還公開一種UPS電源供應(yīng)器，包括:一AC/DC單元、一充電電路單元、一蓄電單元、一單向壓差隔離單元、及一 DC/DC單元，
[0009]該AC/DC單元，輸入連接于AC電網(wǎng)，輸出連接于該充電電路單元和DC/DC單元，該AC/DC單元用于將AC電進(jìn)行變換整理成第一電壓Ul ；
[0010]該充電電路單元，輸入連接于該AC/DC單元，輸出連接于該蓄電單元，該充電電路單元用于將該AC/DC單元輸出的第一電壓Ul進(jìn)行電壓轉(zhuǎn)換和充電控制，從而對(duì)該蓄電單元進(jìn)行充電；[0011 ] 該蓄電單元，輸入連接于該充電電路單元，輸出連接于該單向壓差隔離單元，該蓄電單元用于存儲(chǔ)電能，其兩極輸出第二電壓U2 ；
[0012]該單向壓差隔離單元，輸入連接于該蓄電單元，輸出連接于該DC/DC單元，該單向壓差隔離單元用于對(duì)電流進(jìn)行單向壓差隔離，使高電壓源流向低電壓源且低電壓源不可逆回高電壓源；
[0013]該DC/DC單元，輸入連接于該AC/DC單元和單向壓差隔離單元，輸出連接于被供應(yīng)對(duì)象，該DC/DC單元將該AC/DC單元輸入的第一電壓Ul或者將單向壓差隔離單元輸入的第二電壓U2轉(zhuǎn)變?yōu)楸还?yīng)對(duì)象所需的DC電并輸出；
[0014]其中，當(dāng)AC電網(wǎng)正常輸入時(shí)，該第一電壓Ul大于第二電壓U2。
[0015]本發(fā)明所公開的一種UPS電源供應(yīng)器的切換方法及UPS電源供應(yīng)器可以實(shí)現(xiàn)幾乎O時(shí)間切換，以大大提高電源的效率，從而達(dá)到節(jié)省能源的目的。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]圖1是本發(fā)明的總框圖；
[0017]圖2是本發(fā)明一個(gè)具體實(shí)施例的模塊連接圖；
[0018]圖3是該實(shí)施例的電路原理圖。
【具體實(shí)施方式】
[0019]現(xiàn)結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說明。
[0020]參閱圖1所不，本發(fā)明公開一種UPS電源供應(yīng)器,包括:一 AC/DC單兀Ml、一充電電路單元M2、一蓄電單元M3、一單向壓差隔離單元M4、及一 DC/DC單元M5，
[0021 ] 該AC/DC單元Ml，輸入連接于AC電網(wǎng)，輸出連接于該充電電路單元M2和DC/DC單元M5，該AC/DC單元Ml用于將AC電進(jìn)行變換整理成第一電壓Ul ；
[0022]該充電電路單元M2，輸入連接于該AC/DC單元M1，輸出連接于該蓄電單元M3，該充電電路單元M2用于將該AC/DC單元Ml輸出的第一電壓Ul進(jìn)行電壓轉(zhuǎn)換和充電控制，從而對(duì)該蓄電單元M3進(jìn)行充電；
[0023]該蓄電單元M3，輸入連接于該充電電路單元M2，輸出連接于該單向壓差隔離單元M4，該蓄電單元M3用于存儲(chǔ)電能，其兩極輸出第二電壓U2;
[0024]該單向壓差隔離單元M4，輸入連接于該蓄電單元M3，輸出連接于該DC/DC單元M5，該單向壓差隔離單元M4用于對(duì)電流進(jìn)行單向壓差隔離，使高電壓源流向低電壓源且低電壓源不可逆回高電壓源；
[0025]該DC/DC單元M5，輸入連接于該AC/DC單元Ml和單向壓差隔離單元M4，輸出連接于被供應(yīng)對(duì)象，該DC/DC單元M5將該AC/DC單元Ml輸入的第一電壓Ul或者將單向壓差隔離單元M4輸入的第二電壓U2轉(zhuǎn)變?yōu)楸还?yīng)對(duì)象所需的DC電并輸出；
[0026]其中，當(dāng)AC電網(wǎng)正常輸入時(shí)，該第一電壓Ul大于第二電壓U2。
[0027]由上可知，本發(fā)明的UPS電源供應(yīng)器包括了 2路電源供應(yīng)通道。第一路電源供應(yīng)通道是將AC電網(wǎng)輸入的AC電經(jīng)過AC/DC單元Ml變換整理(如整流、濾波、變壓等)后，輸出第一電壓Ul，第一電壓Ul再經(jīng)由DC/DC單元M5變換整理(如直流降壓)，轉(zhuǎn)變?yōu)楸还?yīng)對(duì)象所需的DC電 并輸出。第二路電源供應(yīng)通道是JfAC電網(wǎng)輸入的AC電經(jīng)過AC/DC單元Ml變換整理(整流、濾波、變壓等)后，由充電電路單元M2給一蓄電單元M3 (鉛酸蓄電池、鋰電池等)充電，該蓄電單元M4輸出第二電壓U2，通過單向壓差隔離單元M3后，再經(jīng)由該DC/DC單元M5變換整理，轉(zhuǎn)變?yōu)楸还?yīng)對(duì)象所需的DC電并輸出。
[0028]在AC電網(wǎng)正常輸入時(shí)，由第一路電源供應(yīng)通道正常供電；并由于該第二電壓U2小于該第一電壓U1，且單向壓差隔離單元M4進(jìn)行單向壓差隔離，則蓄電單元M3并不輸出，即第二路電源供應(yīng)通道不起作用。在AC電網(wǎng)斷電時(shí)，則第一路電源供應(yīng)通道失電，則AC/DC單元Ml輸出的第一電壓Ul也隨之快速下降并消除，當(dāng)該第一電壓Ul下降至小于第二電壓U2時(shí)，單向壓差隔離單元M4不再反向隔離，蓄電單元M3立即流入并通過單向壓差隔離單元M4，并由DC/DC單元M5變換整理，轉(zhuǎn)變?yōu)楸还?yīng)對(duì)象所需的DC電輸出。由于這種切換是隨著AC電網(wǎng)斷電時(shí)，第一電壓Ul迅速下降至低于第二電壓U2時(shí)，第二路電源供應(yīng)通道就同步導(dǎo)通的，因此實(shí)現(xiàn)了零切換(幾乎同時(shí))和高效率的特點(diǎn)。
[0029]該DC/DC單元M5采用降壓斬波器電路實(shí)現(xiàn)。該單向壓差隔離單元M4可以通過MOS開關(guān)電路、固態(tài)繼電器、開關(guān)芯片等一類具有使高電壓源流向低電壓源且低電壓源不可逆回高電壓源的單向壓差隔離功能的電路和元器件實(shí)現(xiàn)。但是優(yōu)選的，可以采用肖特基二極管來實(shí)現(xiàn)，肖特基二極管具有極高的相應(yīng)速度且成本便宜，簡單可靠。
[0030]為了進(jìn)一步說明，下面以一個(gè)具體實(shí)施例來對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步說明。
[0031 ] 參閱圖2和圖3所示，該實(shí)施例的UPS電源供應(yīng)器是:一交流輸入電磁干擾濾波電路(EMC) I輸出連接至整流濾波電路2，整流濾波電路2連接至功率因素矯正電路3，功率因素矯正電路3通過大電容4，連接于主變壓器5，主變壓器5再經(jīng)過整流濾波電路6，輸出給降壓斬波器電路(buck電路)7，降壓斬波器電路7根據(jù)供應(yīng)對(duì)象需要，分別通過+12V直流輸出電路17、+3.3V直流降壓電路18、+5V直流降壓電路19、_12V直流輸出電路20分別輸出DC+12V、DC+3.3V、DC+5V、DC-12V，該+12V直流輸出電路17、+3.3V直流輸出電路18、+5V直流輸出電路19、-12V直流輸出電路20通過過電壓、欠電壓、過電流、溫度保護(hù)開關(guān)機(jī)控制電源準(zhǔn)備信號(hào)采集電路21采集反饋信號(hào)，輸出給保護(hù)和開關(guān)機(jī)控制電路16，該保護(hù)和開關(guān)機(jī)控制電路16連接于降壓斬波器電路7以進(jìn)行控制，該保護(hù)和開關(guān)機(jī)控制電路16輸出連接至脈寬控制電路13、脈寬控制電路13通過主開關(guān)管9對(duì)主變壓器5進(jìn)行逆變控制，該大電容4連接+5V輔助電源8，以輸出+5V輔助電壓給功率因素矯正電路3，+5V輔助電源8也連接至該保護(hù)和開關(guān)機(jī)控制電路16，上述的整流濾波電路6另一路輸出連接至電池充電電路10、電池充電電路10輸出給電池組11充電，電池組11通過隔離二極管12輸出至該降壓斬波器電路7。此外，該電池組11通過電池電量檢測(cè)控制電路15檢測(cè)電量，并反饋連接至保護(hù)和開關(guān)機(jī)控制電路16，及輸出至蜂鳴器控制電路14進(jìn)行示警。該實(shí)施例中，整流濾波電路6輸出的第一電壓Ul是30V的直流電壓，而電池組11是24V額定電壓電池，其兩端的第二電壓U2是24V的直流電壓；顯然的滿足第一電壓Ul大于第二電壓U2。
[0032]該實(shí)例中，電池組11是采用的是24V額定電壓電池，其浮充電壓為27V，因此在AC市電輸入時(shí)，經(jīng)AC/DC (整流濾波電路2、大電容4、主變壓器5、主開關(guān)管9、脈寬控制電路13、整流濾波電路6、開關(guān)機(jī)控制電路16等實(shí)現(xiàn))將其轉(zhuǎn)換成30V的直流電壓，接到降壓斬波器電路7輸入端，同時(shí)24V的電池組11經(jīng)隔離二極管12接入到降壓斬波器電路7輸入端。當(dāng)AC供電的時(shí)候，經(jīng)AC/DC產(chǎn)生的30VDC電壓高于24V的電池組11的浮充電壓，隔離二極管12反向截止，此時(shí)由AC輸入為降壓斬波器電路7提供能量，維持系統(tǒng)的正常運(yùn)行；電池組11不工作；當(dāng)AC掉電時(shí)，隔離二極管12正向?qū)?，此時(shí)電池組11經(jīng)隔離二極管12為降壓斬波器電路7提供能量，使輸出電壓正常，維持系統(tǒng)正常運(yùn)行。
[0033]該實(shí)施例中，AC/DC單元Ml是由交流輸入電磁干擾濾波電路1、整流濾波電路2、功率因素矯正電路3、大電容4、主變壓器5、主開關(guān)管9、脈寬控制電路13、整流濾波電路6、開關(guān)機(jī)控制電路16等主要部分及+5V輔助電源8、電壓、欠電壓、過電流、溫度保護(hù)開關(guān)機(jī)控制電源準(zhǔn)備信號(hào)采集電路21等輔助部分來實(shí)現(xiàn)，但根據(jù)電源實(shí)際用途需要，可以這些組成模塊還進(jìn)行減少和增加。
[0034]再次參閱圖3所示，此電路原理圖是該實(shí)施例的一種具體實(shí)現(xiàn)方式，除了包括上述的各電路模塊外，還包括其他一些輔助電路模塊，例如上位機(jī)監(jiān)控接口模塊22、反饋信號(hào)接口模塊23等。該實(shí)施例僅用于說明本發(fā)明的一種具體實(shí)現(xiàn)電路，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)電源設(shè)計(jì)的需要，采用不同的芯片和元器件的連接電路來實(shí)現(xiàn)。在此僅列舉其中一部分電路模塊的電路，如電磁干擾濾波電路I是由防雷管、共模電感、電容等并聯(lián)組成，降壓斬波器電路7由芯片控制部分7-1和MOS開關(guān)部分7-2組成，保護(hù)和開關(guān)機(jī)控制電路16和電壓、欠電壓、過電流、溫度保護(hù)開關(guān)機(jī)控制電源準(zhǔn)備信號(hào)采集電路21通過電源控制芯片U16組成的電源管理電路實(shí)現(xiàn)，脈寬控制電路13由PWM芯片U6和過零檢測(cè)芯片U3組成的電路實(shí)現(xiàn)，電池充電電路10中的輸出端口 BAT+連接于電池組11的正極，隔離二極管12是串聯(lián)的肖特基二極管D34、D35，等等。這些均是本領(lǐng)域技術(shù)人員可以掌握的常規(guī)技術(shù)內(nèi)容，于此不再一一詳細(xì)說明。
[0035]盡管結(jié)合優(yōu)選實(shí)施方案具體展示和介紹了本發(fā)明，但所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)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(xì)節(jié)上可以對(duì)本發(fā)明做出各種變化，均為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種UPS電源供應(yīng)器的切換方法,包括: A，提供第一路電源供應(yīng)通道:該第一路電源供應(yīng)通道是，將輸入的AC電經(jīng)過一 AC/DC單元變換整理后，再經(jīng)由一 DC/DC單元變換整理，轉(zhuǎn)變?yōu)楸还?yīng)對(duì)象所需的DC電并輸出，其中該AC/DC單元變換整理后的電壓為第一電壓Ul，且該第一電壓Ul大于第二電壓U2 ； B，提供第二路電源供應(yīng)通道:該第二路電源供應(yīng)通道是，將輸入的AC電經(jīng)過該AC/DC單元變換整理后，由充電電路單元給一蓄電單元充電，該蓄電單元輸出通過單向壓差隔離單元后，再經(jīng)由該DC/DC單元變換整理，轉(zhuǎn)變?yōu)楸还?yīng)對(duì)象所需的DC電并輸出，其中蓄電單兀輸出電壓為第二電壓U2,且該第二電壓U2小于該第一電壓Ul ； C，對(duì)第一路電源供應(yīng)通道和第二路電源供應(yīng)通道進(jìn)行切換:當(dāng)AC電正常輸入時(shí)，因該第一電壓Ul大于該第二電壓U2,僅由第一路電源供應(yīng)通道輸出DC電；iAC電輸入失去時(shí)，由第二路電源供應(yīng)通道輸出DC電。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的UPS電源供應(yīng)器的切換方法，其特征在于:該DC/DC單元采用降壓斬波器電路實(shí)現(xiàn)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的UPS電源供應(yīng)器的切換方法，其特征在于:該單向壓差隔離單元采用肖特基二極管實(shí)現(xiàn)。
4.一種UPS電源供應(yīng)器,包括:一 AC/DC單兀、一充電電路單兀、一蓄電單兀、一單向壓差隔離單元、及一 DC/DC單元， 該AC/DC單元，輸入連接于AC電網(wǎng)，輸出連接于該充電電路單元和DC/DC單元，該AC/DC單兀用于將AC電進(jìn)行變換整理成第一電壓Ul ； 該充電電路單元，輸入連接于該AC/DC單元，輸出連接于該蓄電單元，該充電電路單元用于將該AC/DC單元輸出的第一電壓Ul進(jìn)行電壓轉(zhuǎn)換和充電控制，從而對(duì)該蓄電單元進(jìn)行充電； 該蓄電單元，輸入連接于該充電電路單元，輸出連接于該單向壓差隔離單元，該蓄電單元用于存儲(chǔ)電能，其兩極輸出第二電壓U2 ； 該單向壓差隔離單元，輸入連接于該蓄電單元，輸出連接于該DC/DC單元，該單向壓差隔離單元用于對(duì)電流進(jìn)行單向壓差隔離，使高電壓源流向低電壓源且低電壓源不可逆回高電壓源； 該DC/DC單元，輸入連接于該AC/DC單元和單向壓差隔離單元，輸出連接于被供應(yīng)對(duì)象，該DC/DC單元將該AC/DC單元輸入的第一電壓Ul或者將單向壓差隔離單元輸入的第二電壓U2轉(zhuǎn)變?yōu)楸还?yīng)對(duì)象所需的DC電并輸出； 其中，當(dāng)AC電網(wǎng)正常輸入時(shí),該第一電壓Ul大于第二電壓U2。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的UPS電源供應(yīng)器，其特征在于:該AC/DC單元包括順次連接的第一整流濾波電流、功率因素矯正電路、PWM逆變電路、第二整流濾波電路。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的UPS電源供應(yīng)器，其特征在于:還包括保護(hù)控制電路。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的UPS電源供應(yīng)器，其特征在于:該DC/DC單元是降壓斬波器電路。
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的UPS電源供應(yīng)器，其特征在于:該單向壓差隔離單元是肖特基二極管。
【文檔編號(hào)】H02J7/00GK103872761SQ201410138542
【公開日】2014年6月18日 申請(qǐng)日期:2014年4月9日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月9日
【發(fā)明者】吳進(jìn)波, 吳貴俤, 張朝彪, 吳小波 申請(qǐng)人:廈門瑪司特電子工業(yè)有限公司