CN2525717Y

CN2525717Y - 可控硅控制不间断电源

Info

Publication number: CN2525717Y
Application number: CN 01256378
Authority: CN
Inventors: 罗烽; 潘世高; 周忠正
Original assignee: 周忠正
Current assignee: Dongguan Taixing Electronics Co Ltd
Priority date: 2001-10-19
Filing date: 2001-10-19
Publication date: 2002-12-11
Anticipated expiration: 2011-10-19

Abstract

一种可控硅控制不间断电源，包括电源电路、整流电路、单片机控制电路、驱动电路、采样电路和显示电路，整流电路是三相可控硅整流电路，所述三相可控硅整流电路包括整流工作电源、比较器、分频器、信号隔离电路、载波频率合成器、放大电路和可控硅，单片机控制电路包括微处理器MCU、AD转换器和DA转换器，微处理内部产生正弦波信号，并且对各种参数信号进行数字化处理，比传统的模拟控制提高了运算速度，同时也提高了系统的可靠性。本实用新型是一种结构简单、电路性能稳定、成本低、控制精度高、保护功能强的可控硅控制不间断电源。

Description

可控硅控制不间断电源

技术领域

本实用新型涉及一种不间断电源。

背景技术

在现有技术中，不间断电源的种类多种多样，但普遍存在如下不足：1、整流稳压电路精度不够高，容易受到对电路干扰和电网干扰的影响。2、控制电路一般采用模拟信号进行控制，模拟电路复杂、印制电路成本高，模拟信号检测电路会出现一些因检测不准确、故障频繁和故障处理速度慢而引起一些质量问题。3、电源电路隔离能力弱，对后端的电路有干扰，从而影响工作性能。4、显示电路难以直观的看见不间断电源的工作状态，和各种工作参数，使用和维护管理不方便。

发明内容

本实用新型的目的意在克服上述现有技术的不足，提出一种结构简单、电路性能稳定、成本低、控制精度高、保护功能强的可控硅控制不间断电源。

实现上述目的的技术方案：一种可控硅控制不间断电源，包括电源电路、整流电路、单片机控制电路、驱动电路、采样电路和显示电路，其中，整流电路是三相可控硅整流电路，所述的三相可控硅整流电路包括整流工作电源、比较器、分频器、信号隔离电路、载波频率合成器、放大电路和可控硅电路，三相检测信号经比较器后的输出接分频器，分频器产生的方波经信号隔离电路隔离后与另一分频器产生的方波频率输入载波频率合成器，载波频率合成器输出的方波经三极管放大电路放大后控制可控硅的导通角。

单片机控制电路包括微处理器MCU、AD转换器和DA转换器，由保护电路输出的选通信号经AD转换器进行模数转换，经微处理器进行数据处理，输出控制信号，同时经DA转换器输出正弦波。

电源电路由电源整流滤波电路、稳压电路IC38～40、稳压器IC5、脉宽调制电路IC12、放大电路IC11、脉冲变压器T1、T2及其脉冲整流滤波电路组成，市电输入经电源整流滤波电路的输出，一路接稳压电路输出不同的电源电压，另一路经稳压器IC5、脉宽调制电路IC12和放大电路IC11后的输出信号驱动脉冲变压器T1、T2，由T1、T2输出经脉冲整流滤波电路后的4路电压分别作为IGBT模块驱动电路电源。

设置模拟开关IC17，多路采样检测信号输入模拟开关，模拟开关输出选通信号并返回MCU电路构成保护回路。

驱动电路包括比较调制电路和光电耦合放大电路，由微处理器MCU输出的正弦波与采样电路分频输出的三角波经比较调制电路输出的调制信号，经光电耦合放大电路输出驱动4路逆变器。

设置旁路可控硅和逆变可控硅切换电路。

放大电路是三极管放大电路，三极管放大电路的输出组成桥式驱动逆变器。

采样电路包括市电输入采样电路、输出电压采样电路、逆变电压采样电路、电池采样电路、负载电流采样电路和锁相环电路。

锁相环电路：包括相位跟踪电路、锁相范围调整电路和锁相环检测电路。

显示电路包括单片机、LCD电路和LED电路，单片机将模拟采样信号转换成数字信号，单片机输出接LCD电路液晶显示和接LED指示灯指示电路。

采用上述技术方案，结合下面将要详述的实施例，本实用新型有益的技术效果在于：1、采用三相可控硅整流电路，整流稳压精度高，对电路干扰和电网干扰小，整流纹波小，对IGBT无干扰，整流时零冲击对整机滤波电容无损，恒流恒压充电，对电池不易损坏。2、单片机控制电路把模拟信号转变为数字信号，提高了数据处理速度和准确性，保护功能强，改变了传统的模似信号检测电路一些检测不准确出现故障频凡和故障处理速度而引起的一些质量问题。3、电源电路隔离能力强，对后端的电路无干扰，从而大大提高工作性能。4、各参数经采样后由微处理器进行处理，大大增加了整机性能的可靠性。5、在驱动电路中采取光耦全隔离后才驱动IGBT，有效防止高频信号对IGBT的干扰，同时在此电路中使用TR1-TR8三极管进行驱动信号放大，适用于驱动不同功率大小的IGBT，而不受驱动电流的限制，同时产品相应也可以做大功率。6、显示电路可以直观的看见不间断电源的工作状态，和各种工作参数，使用和维护管理非常方便。

附图说明

图1是一种不间断电源的整机电路框图。

图2是图1中单片机控制电路图。

图3是图1中电源电路图。

图4是图1中保护电路图。

图5是图1中IGBT驱动电路图。

图6是图1中采样电路图。

图7是图1中显示电路图。

图8是图1中整流电路图。

具体实施方式

下面结合图1～图8，详述其结构：

如图1所示，一种可控硅控制不间断电源，包括EMC滤波电路、整流电路、输入检测电路、驱动电路、逆变变压器、尖峰抑制电路、采样电路、单片机控制电路、电源电路、开关电路、指示电路、检测电路。市电输入经EMC滤波后到整流电路，整流滤波后的直流电压，分别加到逆变器IGBT，由IGBT驱动变压器输出，同时另一路给电池充电。当市电电网故障或终断时，由电池为IGBT提供电压驱动逆变器输出。其中：

单片机控制(MCU)电路：如图2所示，由1片微处理器IC1(8748)、AD转换器IC5(0801)、DA转换器IC4(0800)、XTL晶振等组成。

MCU电路采用8位微处理器，主要产生本电源产品的正弦波号及整机市电输入电压、UPS输出电压、电池电压、IGBT故障、系统故障等进行时实监测和处理，随时对UPS电源系统进行保护。

工作过程：由电源电路加到此电路的X3-1脚12V、2脚5 V、4脚地、6脚12V作为MCU电路的工作电源。

由保护电路中IC17-3脚输出的X选通信号加至X2的5脚，加到AD转换器IC5的6脚进行模数转换，由IC5转换出的数字信号总线11～18脚分别加至MCU的11～19脚进行数据处理，同时也加至IC2、IC3的2.10.11脚输出到DA转换器IC4的6～12脚，经IC4的DA转换输出到X2的7.6脚(IOUT-.IOUT+)，为实用新型的正弦波。

由IC1(8748)的27脚输出可控硅切换信号加至连接器X1的1脚，IC1的28脚输出的逆变器关断信号加至连接器X1的2脚，IC1的29脚输出的电池低压信号加至X1的3脚，IC1的30脚输出的输出总线信号加到X1的4脚，IC1的31脚输出的输出报警信号加到X1的5脚；IC1的32脚输出的负载信号加到X1的6脚；IC1的33脚输出的可控硅关闭信号加至X1的7脚；IC1的34脚输出的电池电压过低关闭信号加到X1的8脚。同时，IC1(8748)输出的36.37.38脚到连接器X2的4.3.2脚(A.B.C)作为保护电路4051输入A.B.C选通信号。

此电路的特点是把模拟信号转变为数字信号，提高了数据处理速度和准确性，保护功能强。改变了传统的模拟信号检测电路一些检测不准确出现故障频繁和故障处理速度而引起的一些质量问题。

电源电路：如图3所示，电源电路对主控板提供电源，本电路主要由输入整流滤波电路、稳压电路IC38～40、三端稳压器IC5、脉宽调制电路IC12、放大电路IC11、脉冲变压器T1、T2及其脉冲整流滤波电路组成，其中，IC38(7812)为12V稳压电路、IC39(7805)为5V稳压电路、IC40(7912)为-12V稳压电路。

工作过程：由两路市电电网输入L、N分别经过BR1、BR2整流，C87.C88滤波后，分别加到三端稳压器IC5(317)的3脚，IC5的2脚输出经C14滤波给脉宽调制电路IC12(3525)提供电源，由于3525组成的脉宽调制电路由11.14脚输出两路脉冲信号，加到IC11的12.16脚进行信号放大处理，然后输出信号去驱动脉冲变压器T1、T2，由T1.T2输出经整流滤波后的4路电压分别作为IGBT模块驱动电路电源P12.P14.P15.P17.P18.P20.P23。同时经BR1、BR2整流C87、C88滤波后的电压分别加到IC38(7812)1脚，经3脚稳压输出12V电源，12V电压在经IC9(7805)3脚稳压输出5V电源。另一路加到IC40(7912)2脚由3脚稳压输出-12V电源，电源均作为所有电路的电源。

用此电路提高电源质量，同时提高主控板的工作可靠性，在本电路的输入端使用了全隔离型的开关变压器，对后端的电路无干扰，从而大大提高工作性能。

保护电路：如图4所示，保护电路是针对检测电路而设计的检测保护电路，所有检测信号加到IC17(8路模拟开关4051)后输出一个信号到MCU微处理器进行处理，同时发出选通信号对各种信号进行各种处理。在此电路中采用4051电路，主要是可以进行多路信号的检测，微处理器的外围电路口线，A/D转换器等。

由VDD12V经R142加到IC36三端稳压器(3.6V)，经R130加到IC30A的2脚作为基准电源；由驱动电路S4信号加至IC24B，IC24B输出再加到IC30A的3脚正向端，比较后由1脚输出驱动电路；S1信号加到P3电位器经R47A、R47B、R131、C80加到IC30A1脚，经过P3电位器参数调整改变IC30A的输出电压，经R100加到采样电路IC32的13脚，通过调整三角波幅度来改变UPS不间断电源的输出电压。

由MCU电路X1信号分别连接到S5，LOAP ON RES经过IC25B去控制可控硅切换；LO DC经IC27A后，一路控制继电器K1，另一路控制蜂鸣器报警；H/FAIL经IC27BA一路控制继电器K2，另一路控制蜂鸣器报警；LOAD ON RES经IC25B后控制昨鸣器报警。

由采样电路中P3、P15、P14、P13、P31分别连接到保护电路中IC17(4051)的13、14、15、12、1、5脚，同时由MCU电路X2的4、3、2脚输出信号A、B、C、分别接到IC17的11、10、9脚作为译码信号，IC17的3脚输出选通X反回MCU电路X2-5脚构成了保护回路。

驱动电路：如图5所示，IGBT模块驱动电路包括比较调制电路、光电耦合放大电路、旁路可控硅和逆变可控硅切换电路。

由MCU输出的50Hz正弦波与4018分频输出的10KHz三角波经比较调制电路进行比较，调制输出10KHzSPWM信号，分别驱动4路IGBT，IGBT工作驱动逆变变压器，输出端通过变压器的漏感和输出电容滤波后产生标准的50Hz正弦交流电。

比较调制电路：由采样电路IC32的13脚输出10KHz三角波(S4)经C58、R92加到IC23A的2脚比较输出，一路输出到IC21的2脚，另一路经IC23B加到IC22的3脚；由MCU电路X2的7、6脚输出的正弦波(S5、S6)经IC20A比较输出，分别加到IC22的2脚和IC21的3脚，进行SPWM调制输出。

光电耦合、放大电路：经IC6A、IC6D反向器后分四路：有两路经IC6F、IC6E再次反向，成为两路同向两路反向信号，分别加到光电耦合器IC2、IC4、IC10、IC14隔离，再经TR1-TR8三极管进行信号放大后组成桥式驱动IGBT模块。

旁路可控硅和逆变可控硅切换电路：由MCU图2中X1-1脚信号(S10)加到IC35F的13脚、IC34B的7脚，P9信号经D48、D47加到IC35E的11脚反向输入加到IC35D的9脚，再次向后分别加到IC34A的1脚、IC34B的6脚。由IC34A的3脚输出信号经R121使TR9、TR10导通而让T2工作；T2次级经D35、D34后去驱动逆变切换可控硅。由IC34B的5脚输出经R124使TR11、TR12导通使T3工作次级输出经D37、D36去驱动旁路可控硅，旁路可控硅和逆变可控硅是处于交替工作状态从而完成了旁路与逆变之间的切换。

由IC19、IC30B和D12构成故障报警电路。比如：由S1、S2两分别采样保险丝的管压降使IC19光耦合器IC19导通，把IC30B5脚电压拉低，使7脚低电平D12故障报警灯亮。

在驱动电路中采取光耦全隔离后才驱动IGBT，这种驱动主要是防止高频信号对IGBT的干扰，使IGBT产生误工作而损坏，同时在此电路中使用TR1-TR8三极管进行驱动信号放大，适用于驱动不同功率大小的IGBT，而不受驱动电流的限制，同时产品相应也可以做大功率。

采样电路：如图6所示，采样电路包括市电输入采样电路、输出电压采样电路、逆变电压采样电路、电池采样电路、负载电流采样电路和锁相环电路等。

市电输入采样电路：市电输入火线采样信号S14经R9、R27A、R28A分压加到IC6A的2脚，市电输入零线采样信号S15经R35、R28C加到IC6A的3脚，比较后1脚的输出经D9、R43A、P5到保护电路中IC17的15脚作市电保护信号。

输出电压采样电路：S17采样UPS不间断电源输出信号，经R11、R31A分压经R32A加至IC7B反向端，信号经R14、R34A到IC7B正向端比效输出端信号经D12整流、C35滤波后输出连接到保护电路中IC17的13脚作输出电压保护信号。

逆变电压采样电路：逆变输出电压S16经R10、R29A分压，经R30A到IC6C反向端，信号经R13、R30C加到IC6C正向端，IC6C输出端，分三路输出；第一路到保护电路中IC17的12脚；第二路加到IC17的5脚；第三路加到IC17的1脚分别作为逆变电压保护信号。

电池电压采样电路：S18、S19为直流电压、电池采样信号，正端经R16、R34A分压加至IC7C反向端，负端经R15、R14E加至IC7C正向端比较输出经C40滤波加至保护电路IC17的14脚作为电池低压保护信号。

负载电流采样电路：负载保护电路CT/1、CT/2信号经BR3整流CC5滤波后，一路经R1、D45、P1、C6加保护电路中IC17的12脚作为负载过载保护；另一路经R52、R49加到IC1的3脚与IC12的7脚经R50、P4组成的可调基准电压进行比较，比较输出到MCU电路中X1的7脚作瞬态电流过流保护。

锁相环电路：包括相位跟踪电路、锁相范围调整电路和锁相环检测电路，DR5-4信号经K2开关、C69耦合、R106到IC5A的2脚，IC5A的1脚输经R10、P8对C2充放电，产生50HZ本机振荡信号经IC16BB加到IC31的3脚，同时，由S11输入信号一路接IC24A的1脚，另一路经IC35A反向后加到IC24A的2脚，IC24A的输出3脚经IC16C反向器后到IC31的14脚和3脚的本振信号组成相位跟踪电路。C69耦合信号的另一路经R141、ZZ4稳压后加到IC5B的5脚和6脚，经比较后输出加到IC31的脚组成了锁相环电路的锁相范围调整电路，经过锁相环电路后由IC31的1脚输出经IC2B的4脚输出加到MCU电路中X2的1脚，再加到IC1(8748)35脚作为锁相环检测电路。另一路加到保护电路MF报警信号。IC31经过6、7脚自激振荡输出100HZ频率经IC32分频为10KHZ加到IGBT驱动电路S4，作为调制波中的三角波。另一路加到IC18的1、14脚输出为基准频率。

通过以上采样电路完成了所有保护功能，使用以上电路后本产品各参数经采样后到微处理器进行处理，大大增加了整机性能的可靠性。

显示电路：如图7所示，显示电路包括单片机U1、LCD电路和LED电路，通过单片机U1(68705)把采样来的模似信号转变为数字信号，再由LCD电路液晶显示直观的显示出各种系统工作参数和由LED电路各指示灯指示工作状态。

由电源变压器提供的电源经D18-D21桥式整流、经0C12、0C15滤波后加到U2-1，经U2-3脚输出5V作整块电路的工作电源。由整机采样的信号连接到R20分别加到U1的20、21、22、23、24脚，通过内部AD转换后输出连接到N5，通过LCD电路对采样参数进行显示，同时由U1的25、26、27、29、30脚输出信号，通过LED电路进行模似指示当前工作状态。其中，D1灯亮表示故障，D2灯亮表示负载过载、D3灯亮表示电池电压欠压、D4灯亮表示逆变器工作正常、D5灯亮表示旁路工作、D6灯亮表示电网电压正常。在正常时一般为D6、D4灯亮，其余灯不亮。

由N3的7、8、9脚通过不同的短接到地，可以调整不同的显示范围。N3的1脚是电源，4脚通过触发按键对地可以进行翻屏观看LCD上不同的参数。

由U1的35脚输信号E经0C17、R13使N9、N8导通，使N7的2、6脚电压拉低，同时使N7的3脚输出一个电平连接到U1的2脚构成单片机复位电路，以便单片机死机后重新启动，恢复正常工作状态。

采用以上电路可以直观的看见不间断电源的工作状态，和各种工作参数，使用和维护管理非常方便。

整流电路：分别由三个变压器对输入电网A、B、C三相进行降压后采样三相电压，整流电路包括工作电源、比较器、分频器、载波频率合成器、信号隔离电路和放大电路。

如图8所示，从电源变压器降压整流的电源加到连接器RES1的1脚31脚后经C31、C32滤波加到稳压管IC25(7812)的1脚，连接器RES1的11、15脚为地，IC25(7812)的3脚输出12V为整块整流板的工作电源。

由RES1的2、3、4脚分别采样A、B、C三相市电电网的信号，三相信号分别经过LM324后比较输出，再经过IC7反向器后分别加到分频器IC8～13(4020)的11脚进行分频，分频后输出50HZ的方波信号分别加到信号隔离电路IC14A的1、2脚，IC14C的9脚，IC15D的12、13脚，IC15B的5、6脚进行隔离，另外由IC5(4046)产生的22KHZ本振信号输出到载波频率合成器IC17D、IC17A、IC17C、IC20D和IC20A(40107)与门电路隔离后的50HZ方波进行载波频率合成一个17KHZ的方波信号，该方波信号经三极管TR2～13放大电路放大以后分6路输出驱动整流可控硅。在整流充电过程中，连接器RES2分别采样充电电压、充电电流、输入相序等信号。

根据采样信号的调整改变IC5(4046)的振荡频率来改变可控硅的导通角，同时调整充电电压、充电电流，达到恒流恒压充电的目的。由RECT采样的三相电压信号经IC21、IC22、IC23、IC24(4N25)隔离后采样，对三相电压不平衡保护及相位保护也同样是通过关闭4046的振荡来达到关断可控硅和达到保护目的。

采用此电路优点在于：1、整流对电路干扰和电网干扰小；2、整流时零冲击对整机滤波电容无损；3、恒流恒压充电，对电池不易损坏；4、整流纹波小，对IGBT无干扰；5、整流稳压精度高，不随市电电网波动而改变。

图1中其它电路已在发明名称为“不间断开关电源”、申请号为01226380的实用新型专利申请中详述，也可采用其它现有技术(略)。

综上所述，本实用新型将市电输入经EMC滤波后到整流桥整流滤波，整流滤波后的直流电压，分别加到逆变器IGBT，由IGBT驱动变压器输出，同时另一路给电池充电。当市电电网故障或终断时，由电池为IGBT提供电压驱动逆变器输出。

本实用新型不管有无市电都是由IGBT驱动变压器输出，属于一种纯在线式UPS电源。

Claims

1、一种可控硅控制不间断电源，包括电源电路、整流电路、单片机控制电路、驱动电路、采样电路和显示电路，其特征在于：整流电路是三相可控硅整流电路，所述三相可控硅整流电路包括整流工作电源、比较器、分频器、信号隔离电路、载波频率合成器、放大电路和可控硅，三相检测信号经比较器后的输出接分频器，分频器产生的方波经信号隔离电路隔离后与另一分频器产生的方波频率输入载波频率合成器，载波频率合成器输出的方波经三极管放大电路放大后控制可控硅的导通角。

2、根据权利要求1所述可控硅控制不间断电源，其特征在于：单片机控制电路包括微处理器MCU、AD转换器和DA转换器，由保护电路输出的选通信号经AD转换器进行模数转换，经微处理器进行数据处理，输出通过控制信号，同时经DA转换器输出正弦波。

3、根据权利要求1所述可控硅控制不间断电源，其特征在于：电源电路由电源整流滤波电路、稳压电路IC38～40、稳压器IC5、脉宽调制电路IC12、放大电路IC11、脉冲变压器T1、T2及其脉冲整流滤波电路组成，市电输入经电源整流滤波电路的输出，一路接稳压电路输出不同的电源电压，另一路经稳压器IC5、脉宽调制电路IC12和放大电路IC11后的输出信号驱动脉冲变压器T1、T2，由T1、T2输出经脉冲整流滤波电路后的4路电压分别作为IGBT模块驱动电路电源。

4、根据权利要求1所述可控硅控制不间断电源，其特征在于：设置模拟开关IC17，多路采样检测信号输入模拟开关，模拟开关输出选通信号并返回MCU电路构成保护回路。

5、根据权利要求1所述可控硅控制不间断电源，其特征在于：驱动电路包括比较调制电路和光电耦合放大电路，由微处理器MCU输出的正弦波与采样电路分频输出的三角波经比较调制电路输出的调制信号，经光电耦合信号放大电路输出驱动4路逆变桥驱动变压器。

6、根据权利要求5所述可控硅控制不间断电源，其特征在于：设置旁路可控硅和逆变可控硅切换电路。

7、根据权利要求5所述可控硅控制不间断电源，其特征在于：放大电路是三极管放大电路，三极管放大电路的输出组成桥式驱动逆变器。

8、根据权利要求1所述可控硅控制不间断电源，其特征在于：采样电路包括市电输入采样电路、输出电压采样电路、逆变电压采样电路、电池采样电路、负载电流采样电路和锁相环电路。

9、根据权利要求8所述可控硅控制不间断电源，其特征在于：锁相环电路包括相位跟踪电路、锁相范围调整电路和锁相环检测电路。

10、根据权利要求1所述可控硅控制不间断电源，其特征在于：显示电路包括单片机、LCD电路和LED电路，单片机将模拟采样信号转换成数字信号，单片机输出接LCD电路液晶显示和接LED电路指示灯指示。