本發(fā)明涉及UPS電源，特別涉及直流輸出一體化不間斷的電源電路及控制方法。

背景技術(shù)：

當(dāng)前，隨著設(shè)備智能化程度的加深，各類智能設(shè)備對(duì)不間斷供電的需求也日益加大。針對(duì)自動(dòng)售貨機(jī)這一類設(shè)備，更是要求設(shè)備在市電交流輸入異常時(shí)，設(shè)備仍可正常執(zhí)行售賣及保存數(shù)據(jù)功能，這就需要設(shè)備市電端串接UPS電源，同時(shí)設(shè)備各控制單元都要求直流供電。針對(duì)此要求目前行業(yè)傳統(tǒng)解決方式為UPS電源+開關(guān)電源方式。該解決方案存在轉(zhuǎn)換效率低、體積大、成本高、切換時(shí)間長、無法和后級(jí)實(shí)現(xiàn)電源工作狀態(tài)讀取等缺點(diǎn)。如何將兩者功能整合為直流輸出一體化不間斷電源設(shè)計(jì)是一個(gè)熱點(diǎn)也是一個(gè)難點(diǎn)，現(xiàn)在并沒有一個(gè)有效可靠的電路來支撐。對(duì)此，設(shè)計(jì)出一種實(shí)現(xiàn)直流輸出一體化不間斷的電源電路及控制方法非常必要。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是：提供一種直流輸出一體化不間斷的電源電路及控制方法，當(dāng)交流輸入斷開時(shí)，實(shí)現(xiàn)零切換時(shí)間的輸出。

為解決上述問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：直流輸出一體化不間斷的電源電路，包括輸入端、輸出端、MCU、掉電檢測(cè)模塊、AC-DC模塊、升降壓恒流充電模塊、升降壓逆變模塊、輔助供電模塊和電池模塊；其中：輸入端與掉電檢測(cè)模塊、AC-DC模塊分別連接；MCU與掉電檢測(cè)模塊、升降壓恒流充電模塊、升降壓逆變模塊、輔助供電模塊、電池模塊分別連接；AC-DC模塊與升降壓恒流充電模塊、輔助供電模塊分別連接；電池模塊與升降壓恒流充電模塊、升降壓逆變模塊、輔助供電模塊分別連接，輸出端與升降壓逆變模塊、AC-DC模塊分別連接；

所述AC-DC模塊用于能量轉(zhuǎn)換，將交流電轉(zhuǎn)換為隔離的直流輸出；當(dāng)交流信號(hào)掉電，經(jīng)過維持時(shí)間消耗能量后，AC-DC模塊輸出電壓值由正常電壓值開始下降；

所述掉電檢測(cè)模塊用于檢測(cè)是否有交流信號(hào)輸入，并通過光耦隔離反饋到MCU中；

所述升降壓恒流充電模塊將電壓型直流電轉(zhuǎn)換為恒流直流電；

所述輔助供電模塊用于為MCU供電；

所述電池模塊用于充放電時(shí)存儲(chǔ)或釋放電能；

所述MCU用于電池模塊充放電管理、狀態(tài)監(jiān)測(cè)，外部數(shù)據(jù)交換，以及升降壓逆變模塊的使能控制；當(dāng)輸入端有交流信號(hào)時(shí)，所述MCU控制升降壓逆變模塊處于使能狀態(tài)、升降壓恒流充電模塊處于使能狀態(tài)；當(dāng)輸入端無交流信號(hào)時(shí)，升降壓恒流充電模塊處于非使能狀態(tài)；

所述AC-DC模塊的正常輸出電壓值高于所述升降壓逆變模塊的正常輸出電壓值；當(dāng)升降壓逆變模塊的輸出反饋部分檢測(cè)到所述輸出端的電壓值由AC-DC模塊的正常輸出電壓值下降到設(shè)定值時(shí)，升降壓逆變模塊由待機(jī)狀態(tài)轉(zhuǎn)換為工作狀態(tài)。

進(jìn)一步的，所述設(shè)定值等于升降壓逆變模塊的正常輸出電壓值。

進(jìn)一步的，所述升降壓逆變模塊包括帶EN控制端的BUCK-BOOST功能芯片。

進(jìn)一步的，所述AC-DC模塊的正常輸出電壓值比所述升降壓逆變模塊的正常輸出電壓值至少高0.4V。

當(dāng)將本發(fā)明作為開關(guān)功能的派生運(yùn)用的時(shí)候，上述直流輸出一體化不間斷的電源電路還包括繼電器模塊，繼電器模塊接于輸入端與AC-DC模塊之間，并且繼電器受MCU控制；當(dāng)MCU接收到外部的關(guān)斷信號(hào)時(shí)，MCU控制繼電器使得輸入端與AC-DC模塊斷開連接，且控制電池模塊不放電。

如需要將本發(fā)明增加一路輸出的時(shí)候，上述直流輸出一體化不間斷的電源電路還包括DC-DC模塊，所述輸出端包括第一輸出端和第二輸出端；第一輸出端與DC-DC模塊的輸出端連接，DC-DC模塊的輸入端分別與AC-DC模塊的主路輸出端、升降壓恒流充電模塊主路輸出端連接，第二輸出端分別與AC-DC模塊的輔路輸出端、升降壓恒流充電模塊輔路輸出端連接。升降壓恒流充電模通過檢測(cè)主路的輸出反饋，實(shí)現(xiàn)待機(jī)或者工作狀態(tài)。

直流輸出一體化不間斷的控制方法，包括步驟；

a.檢測(cè)輸入端是否有交流信號(hào)，如果有，則進(jìn)入步驟b，否則返回步驟a；

b.AC-DC模塊向輸出端進(jìn)行直流輸出，同時(shí)MCU控制升降壓逆變模塊、升降壓恒流充電模塊處于使能狀態(tài)；升降壓恒流充電模塊工作向電池模塊充電；升降壓逆變模塊因檢測(cè)到輸出端電壓高于設(shè)定值而處于待機(jī)狀態(tài)。

c.當(dāng)輸入端交流掉電后，AC-DC模塊的的輸出電壓值由正常電壓值開始下降，當(dāng)AC-DC模塊的的輸出電壓值下降到設(shè)定值時(shí)，升降壓逆變模塊由待機(jī)狀態(tài)轉(zhuǎn)換為工作狀態(tài)；

d.通過電池模塊向升降壓逆變模塊供能，持續(xù)向輸出端進(jìn)行直流輸出；同時(shí)MCU控制升降壓恒流充電模塊處于非使能狀態(tài)，停止向電池模塊充電。

進(jìn)一步的，所述設(shè)定值等于升降壓逆變模塊的正常輸出電壓值。

進(jìn)一步的，所述AC-DC模塊的正常輸出電壓值比所述升降壓逆變模塊的正常輸出電壓值至少高0.4V。

本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明巧妙利用AC-DC模塊和升降壓逆變模塊輸出取樣點(diǎn)相同，當(dāng)有市電時(shí)，因AC-DC模塊的反饋設(shè)計(jì)輸出點(diǎn)比后者高，AC-DC模塊工作，升降壓逆變模塊反饋取樣檢測(cè)到過壓而自動(dòng)處于待機(jī)狀態(tài)；當(dāng)突然掉電后，經(jīng)過維持時(shí)間消耗能量后，AC-DC模塊輸出電壓開始降低，當(dāng)下降到升降壓逆變模塊的反饋設(shè)計(jì)輸出值后，升降壓逆變模塊自動(dòng)由待機(jī)狀態(tài)轉(zhuǎn)換為工作狀態(tài)，維持輸出電壓穩(wěn)定，從而實(shí)現(xiàn)零切換時(shí)間。由此，本發(fā)明可以有效的實(shí)現(xiàn)UPS電源特性、同時(shí)直接輸出各控制單元所需低壓直流功能；且本發(fā)明電路結(jié)構(gòu)簡潔，成本低，能量轉(zhuǎn)換效率高、易于小型化。同時(shí)MCU放置于低壓弱電側(cè)可以直接和后端監(jiān)控單元實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)框圖；

圖2為AC-DC模塊的內(nèi)部電路圖；

圖3為升降壓逆變模塊的內(nèi)部電路圖；

圖4為本發(fā)明實(shí)現(xiàn)開關(guān)功能的派生運(yùn)用框圖；

圖5為本發(fā)明實(shí)現(xiàn)增加一路輸出的派生運(yùn)用框圖

圖中編號(hào)：Bo為電池模塊的輸出端，I/O為MCU的I/O控制接口。

具體實(shí)施方式

下面通過實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行具體說明。

本發(fā)明的電源電路，包括輸入端、輸出端、MCU、掉電檢測(cè)模塊、AC-DC模塊、升降壓恒流充電模塊、升降壓逆變模塊、輔助供電模塊和電池模塊；其中：輸入端與掉電檢測(cè)模塊、AC-DC模塊分別連接；MCU與掉電檢測(cè)模塊、升降壓恒流充電模塊、升降壓逆變模塊、輔助供電模塊、電池模塊分別連接；AC-DC模塊與升降壓恒流充電模塊、輔助供電模塊分別連接；電池模塊與升降壓恒流充電模塊、升降壓逆變模塊、輔助供電模塊分別連接，輸出端與升降壓逆變模塊、AC-DC模塊分別連接。

上述：AC-DC模塊用于能量轉(zhuǎn)換，將交流電轉(zhuǎn)換為直流；當(dāng)交流信號(hào)掉電，經(jīng)過維持時(shí)間消耗能量后，AC-DC模塊輸出電壓值由正常電壓值開始下降。如圖2所示，AC-DC模塊可以選用ON公司NCP1217A芯片搭建的正激變換電路實(shí)現(xiàn)交流能量轉(zhuǎn)換為隔離的12V，24V低壓輸出。

掉電檢測(cè)模塊用于檢測(cè)是否有交流信號(hào)輸入，并反饋到MCU中，具體的來說，通過取樣交流信號(hào)分壓濾波后通過光耦隔離反饋到次級(jí)MCU。

所述電池模塊用于充放電時(shí)存儲(chǔ)或釋放電能。輔助供電模塊用于為MCU供電。

升降壓恒流充電模塊將將電壓型直流電轉(zhuǎn)換為恒流直流電；同時(shí)具備EN控制端，實(shí)現(xiàn)MCU控制其工作狀態(tài)功能。如圖3所示，升降壓恒流充電模塊的主控芯片可以選用ON公司NCV887100芯片，以此搭建的升降壓電路，轉(zhuǎn)換效率高，實(shí)現(xiàn)將蓄電池能量轉(zhuǎn)換為12V，24V低壓輸出。其中，NCV887100芯片的輸入腳Vin接電池模塊的輸出端Bo，EN控制腳接MCU的I/O控制接口。

MCU選用ST公司STM32F030K6芯片，通過編程實(shí)現(xiàn)電池模塊充放管理、狀態(tài)監(jiān)測(cè)以及升降壓逆變模塊、升降壓恒流充電模塊的使能控制；當(dāng)輸入端有交流信號(hào)時(shí)，所述MCU控制升降壓逆變模塊、升降壓恒流充電模塊處于使能狀態(tài)；當(dāng)輸入端無交流信號(hào)時(shí)，升降壓恒流充電模塊處于非使能狀態(tài)。

同時(shí)，AC-DC模塊的正常輸出電壓值高于所述升降壓逆變模塊的正常輸出電壓值；當(dāng)無交流電輸入后，升降壓逆變模塊的輸出反饋腳檢測(cè)到所述輸出端的電壓值由AC-DC模塊的正常輸出電壓值下降到升降壓逆變模塊的正常輸出電壓值時(shí)，升降壓逆變模塊由待機(jī)狀態(tài)轉(zhuǎn)換為工作狀態(tài)。

為了使升降壓逆變模塊的輸出反饋腳能夠更準(zhǔn)確的檢測(cè)到電路輸出端在交流電掉電前后的下降變化，AC-DC模塊的正常輸出電壓值與升降壓逆變模塊的正常輸出電壓值之間差值應(yīng)在0.4V以上。

假設(shè)我們?cè)O(shè)置AC-DC模塊正常輸出電壓值為12.4V，升降壓逆變模塊正常輸出電壓值為12V,本發(fā)明直流輸出一體化不間斷的控制方法，具體的步驟如下：

a.掉電檢測(cè)模塊先檢測(cè)是否有市電輸入，如果有，則進(jìn)入步驟b，否則返回步驟a。

b.正常情況下有市電輸入，MCU控制AC-DC模塊將市電轉(zhuǎn)換成12.4V的直流電壓輸出，同時(shí)控制升降壓逆變模塊處于使能狀態(tài)。

c.由于無交流電輸入，經(jīng)過維持時(shí)間消耗能量后，AC-DC模塊的的輸出電壓值由正常電壓值開始下降，當(dāng)AC-DC模塊的的輸出電壓值下降到升降壓逆變模塊的正常輸出電壓值時(shí)，升降壓逆變模塊由待機(jī)狀態(tài)轉(zhuǎn)換為工作狀態(tài)。

d.電源電路通過電池模塊和升降壓逆變模塊持續(xù)向外部進(jìn)行直流輸出。

基于本發(fā)明可以很多派生運(yùn)用，以下介紹兩種可能的運(yùn)用：

當(dāng)將本發(fā)明作為開關(guān)功能的派生運(yùn)用的時(shí)候，如圖4所示，本發(fā)明電源電路還包括繼電器模塊，繼電器模塊接于輸入端與AC-DC模塊之間，并且繼電器受MCU控制。當(dāng)按照客戶需求進(jìn)行停機(jī)檢修的時(shí)候，如圖4所示，可以直接向MCU輸入關(guān)機(jī)信號(hào)，MCU在收到信號(hào)之后控制繼電器斷開輸入端與AC-DC模塊之間的連接，同時(shí)控制電池模塊不放電，從而完成整個(gè)電源電路的停機(jī)。

如需要將本發(fā)明增加一路輸出的時(shí)候，如圖5所述，本發(fā)明電源電路還包括DC-DC模塊，所述輸出端包括第一輸出端和第二輸出端；第一輸出端與DC-DC模塊的輸出端連接，DC-DC模塊的輸入端分別與AC-DC模塊的主路輸出端、升降壓恒流充電模塊主路輸出端連接，第二輸出端分別與AC-DC模塊的輔路輸出端、升降壓恒流充電模塊輔路輸出端連接。升降壓恒流充電模通過檢測(cè)主路的輸出反饋，實(shí)現(xiàn)待機(jī)或者工作狀態(tài)。

以上描述了本發(fā)明的基本原理和主要的特征，說明書的描述只是說明本發(fā)明的原理，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下，本發(fā)明還會(huì)有各種變化和改進(jìn)，這些變化和改進(jìn)都落入要求保護(hù)的本發(fā)明范圍內(nèi)。