CN101951005A

CN101951005A - 直流输出不断电源供应器

Info

Publication number: CN101951005A
Application number: CN 201010519891
Authority: CN
Inventors: 李金桥; 何念姣; 杨勇
Original assignee: Acbel Electronics Dongguan Co Ltd
Current assignee: Acbel Electronics Dongguan Co Ltd
Priority date: 2010-10-26
Filing date: 2010-10-26
Publication date: 2011-01-19
Anticipated expiration: 2030-10-26
Also published as: CN101951005B

Abstract

本发明是涉及一种直流输出不断电源供应器，包括一直流供电回路、一直流放电回路、一设于直流放电回路上的放电回路切换模块、一通过放电回路切换模块和直流供电回路连接的电池、一和前述放电回路切换模块与电池连接的电源转换器；其中，该直流供电回路是连接在一交流电源和一直流电源负载之间，该电源转换器的输入端是和交流电源连接，又放电回路切换模块中包含一电子式的切换控制电路，其通过数个晶体管控制所述电池是由电源转换器进行充电，或通过直流供电回路对直流电源负载放电；利用前述的电子式切换控制电路可解决以往利用继电器切换回路所造成体积过大的问题。

Description

直流输出不断电源供应器

技术领域

本发明是涉及一种直流输出不断电源供应器，尤指一种通过电子式开关切换放电回路的不断电源供应器。

背景技术

已知的通讯设备是采用直流工作电源，在电源供应方式上是将交流电源经由一整流器及一直流对直流转换器(DC/DC)转换为直流电后供应给负载(通讯设备)，但为了确保一旦交流电源中断，通讯设备仍可正常运作，即必须搭配使用一不断电源供应器(UPS)，如图3所示，该不断电源供应器70包括有第一到第三直流供电回路701~703，该第一到第三直流供电回路701~703上分设有一整流器71~73，该整流器71~73的输入端分别和一交流电源AC连接；其中，第一直流供电回路701是连接在交流电源AC和直流对直流转换器(DC/DC)91之间，用以供应直流电源给负载90；该第二直流供电回路702上分设有一放电控制电路75、一脉宽调制控制器76，又第三直流供电回路703上则设有一电源转换器77，另第一直流供电回路701和一电池组74之间构成一直流放电回路704，该直流放电回路704上设有一放电回路切换模块80，该放电回路切换模块80包括一继电器81、一继电器控制电路82、一电源转换电路83及一整流电路84，其中：

该继电器81具有一常开接点，并设在前述直流放电回路704上，其闭合与否是由继电器控制电路82所控制，该继电器控制电路82是设在第三直流供电回路703上且连接在电源转换器77和电池组74之间。

电源转换电路83是由前述的脉宽调制控制器76控制其工作与否，该脉宽调制控制器76致能(enable)与否则由放电控制电路75所控制。

该脉宽调制控制器76和放电控制电路75是由一辅助电源供应单元78供应工作电源，该辅助电源供应单元78则由直流放电回路704取得工作电源。

至于前述不断电源供应器(UPS)的工作方式是如同以下所述：

1. 当交流电源正常供应时，UPS功能关闭

交流电源AC通过整流器73和电源转换器77转换为直流电源，除供电给继电器控制电路82，使继电器控制电路82控制继电器81转成闭合外，并通过继电器控制电路82对电池组74充电；

第二直流供电回路702上的放电控制电路75由辅助电源供应单元78取得工作电源，并通过整流器72侦测到交流电源AC供应正常，所以关闭(DISABLE)脉宽调制控制器76，在此状况下，放电回路切换模块80的电源转换电路83不工作，电池组74也不放电到第一直流供电回路701上。

2. 当交流电源中断，启动UPS功能

继电器控制电路82由电池组74取得工作电源，并控制继电器81维持闭合状态；

第二直流供电回路702上的放电控制电路75仍由辅助电源供应单元78取得工作电源，并通过整流器72侦测到交流电源AC已中断，所以启动(ENABLE)脉宽调制控制器76，使脉宽调制控制器75驱动放电回路切换模块80的电源转换电路83开始工作，因而电池组74即通过电源转换电路83和整流电路84放电到第一直流供电回路701，进而通过直流对直流转换器(DC/DC)91对负载90供电。

除前述工作模式外，当不断电源供应器(UPS)尚未接上交流电源AC时，将限制电池组74放电，以避免不断电源供应器(UPS)在未接上交流电源AC时误判为交流电源中断，造成电池组74长期放电，甚至因而损坏。主要工作原理是在未连接交流电源AC时，电源转换器77无法输出直流电源，继电器控制电路82无法取得工作电源，所以继电器81开路，直流供电回路704中断，而电池组74也不会放电。

前述的不断电源供应器(UPS)虽然可以在交流电源中断时提供备份电源，但其串接在直流放电回路704上的继电器81因必须控制大功率电源的通断，因此体积通常不小，从而将在不断电源供应器(UPS)上占用相当空间，造成通讯设备的体积也变大，因此涉及切换放电回路使用的开关组件实有进一步检讨，并寻求可行解决方案的必要。

发明内容

因此发明主要目的在提供一种通过电子式开关切换放电回路的不断电源供应器，由于采用电子式开关进行切换，可解决采用继电器造成电源系统体积变大的问题。

为达成前述目的采取的主要技术手段是令前述不断电源供应器包括：

第一到第三直流供电回路，其上分设有一整流器，各整流器的输入端分别和交流电源连接；其中，第二直流供电回路上分设有一放电控制电路、一脉宽调制控制器，该放电控制电路的输入端是和第二直流供电回路上的整流器连接，又放电控制电路的输出端是和脉宽调制控制器连接，而放电控制电路和脉宽调制控制器是由一辅助电源供应单元供应工作电源；

该第三直流供电回路上设有一电源转换器，电源转换器的输入端和第三直流供电回路上的整流器连接，电源转换器的输出端则和一电池组连接接口连接；另第一直流供电回路和一电池组连接接口之间构成一直流放电回路；

一放电回路切换模块，是设在前述的直流放电回路上，包含一切换控制电路、一电源转换电路及一整流电路，其中：

该切换控制电路包含第一至第三晶体管，第一晶体管的集电极、射电极是连接在电池组连接端口和辅助电源供应单元之间，其基电极分别和第二、第三晶体管的集电极连接；

第二晶体管的基电极是和第三直流供电回路上的电源转换器连接；

第三晶体管的基电极是通过一齐纳二极管和第一晶体管的集电极连接。

当前述不断电源供应器安装在一交流电源和一负载之间，且其电池组连接接口连接一电池组时，可在交流电源正常供应和中断时分别执行以下的工作模式：

1. 交流电源正常供应时

第三直流供电回路上的电源转换器将交流电源转换为直流电源，除送到切换控制电路上第二晶体管的基电极，使第二晶体管导通外，同时可对电池组充电；

第二晶体管导通后将使第一晶体管的集电极、射电极导通，因此辅助电源供应单元可通过第一晶体管自电池组取得工作电源，并供电给放电控制电路和脉宽调制控制器；当电池组电压高于齐纳二极管的崩溃电压，令齐纳二极管工作在崩溃区的状态下，第三晶体管将导通，而使第一晶体管的集电极、射电极维持导通，令辅助电源供应单元持续取得工作电源；

第二直流供电回路上的放电控制电路通过整流器侦测到交流电源供应正常，所以关闭(DISABLE)脉宽调制控制器，在此状况下，放电回路切换模块的电源转换电路不工作，电池组也不放电到第一直流供电回路上。

2. 当交流电源中断，启动UPS功能

第三直流供电回路上的电源转换器无直流电源输出，第二晶体管截止，但在电池组电压仍高于齐纳二极管崩溃电压的状况下，将使第三晶体管导通，并令第一晶体管的集电极、射电极维持导通，令辅助电源供应单元持续取得工作电源；

第二直流供电回路上的放电控制电路通过整流器侦测到交流电源中断，所以启动(ENABLE)脉宽调制控制器，由脉宽调制控制器驱动放电回路切换模块的电源转换电路，使电池组通过电源转换电路、整流电路向第一直流放电回路放电，进而对负载供电。

3. 不断电源供应器未接上交流电源的状态下

由于第三直流供电回路上的电源转换器无直流电源输出，第二晶体管截止，因此第一晶体管也截止，而在第一晶体管截止的状况下，直流放电回路不通，第三晶体管也截止，辅助电源供应单元无法取得工作电源，在脉宽调制控制器关闭的状态下，电源转换电路本身为一高阻态，电池组将无法通过电源转换电路放电，因此可以实现电池组的零放电，进而可避免不断电源供应器因误判造成电池组长期放电。

由于前述不断电源供应器的放电回路切换模块是采用小功率组件组成一切换控制电路，以控制电池组是否通过直流放电回路放电，因此除可提供不断电源供应器的所有功能外，可有效缩小不断电源供应器的体积。

附图说明

图1 是本发明的电路方框图。

图2 是本发明放电控制电路的电路图。

图3 是现有不断电源供应器的电路方框图。

具体实施方式

以下配合图式及发明的较佳实施例，进一步阐述本发明为达成预定目的所采取的技术手段。

如图1所示，本发明的不断电源供应器10包括：

第一到第三直流供电回路101~103，其上分设有一整流器11~13，各整流器11~13的输入端分别和一交流电源AC连接；其中，第二直流供电回路102上分设有一放电控制电路15、一脉宽调制控制器16，该放电控制电路15的输入端是和第二直流供电回路102上的整流器12连接，又放电控制电路15的输出端是和脉宽调制控制器16连接，用来控制脉宽调制控制器16的关闭(DISABLE)或启动(ENABLE)，而放电控制电路15和脉宽调制控制器16分别和一辅助电源供应单元18连接，并由辅助电源供应单元18供应工作电源；该第三直流供电回路103上设有一电源转换器17，电源转换器17的输出端通过一二极管D1和一电池组连接接口105连接，该电池组连接接口105是用以和一电池组14连接，在本实施例中，该电源转换器17是一驰返式(FLY BACK)电源转换器；又第一直流供电回路101和电池组连接接口105之间构成一直流放电回路104，；

一放电回路切换模块20，是设在前述的直流放电回路104上，包含一切换控制电路21、一电源转换电路22及一整流电路23；其中：

该电源转换电路22可以是推挽式(Push Pull)、顺向式(forward)、驰返式(FLY BACK)或半桥式(Half bridge)等形式的电源转换器，本实施例中是采用推挽式(Push Pull)电源转换器；又电源转换电路22的输入端是通过电池组连接接口105与电池组14连接，电源转换电路22的输出端则通过整流电路23和第一直流供电回路101连接。

该切换控制电路21包含第一至第三晶体管Q16,Q18,Q20，本实施例中，第一晶体管Q16是一个PNP晶体管，其集电极、射电极是分别和电池组14及辅助电源供应单元18，其基电极分别和第二、第三晶体管Q18,Q20的集电极连接；

该第二、第三晶体管Q18,Q20分别是NPN晶体管，其中第二晶体管Q18的基电极是和第三直流供电回路103上的电源转换器17输出端连接；第三晶体管Q20的基电极是通过一齐纳二极管ZD1和第一晶体管Q16的集电极连接；又前述第二、第三晶体管Q18,Q20的基电极上分设有分压电阻R1~R4，第一晶体管Q16的射电极和基电极间设有一偏压电阻R5。

前述不断电源供应器在交流电源AC正常供应和中断时的工作原理详如以下所述：

1. 交流电源正常供应时

交流电源AC同时由第一至第三直流供电回路101~103送入，第一直流供电回路101由整流器11将交流电源AC转换为直流电源后送到负载端的直流对直流转换器(DC/DC)31，进而对负载30供电；第三直流供电回路103的整流器13也将交流电源AC转换为直流电，经电源转换器17送到切换控制电路21上第二晶体管的基电极Q18，使第二晶体管Q18导通外，同时通过二极管D1对电池组14充电；

第二晶体管Q18导通后将使第一晶体管Q16基电极接地，进而使其集电极、射电极导通，因此电池组14将通过第一晶体管Q16放电给辅助电源供应单元18，进而供电给放电控制电路15和脉宽调制控制器16；当电池组14电压高于齐纳二极管ZD1的崩溃电压，将使齐纳二极管ZD1崩溃，因此第三晶体管Q20导通，藉此使第一晶体管Q16的基电极保持接地，而其集电极、射电极维持导通，在此状况下，辅助电源供应单元18可持续取得工作电源；

又第二直流供电回路102上的放电控制电路15通过整流器12侦测到交流电源AC供应正常，所以将关闭(DISABLE)脉宽调制控制器16，在此状况下，放电回路切换模块20的电源转换电路22不工作，电池组14也不放电到第一直流供电回路101上。

2. 当交流电源中断，启动UPS功能

因交流电源AC中断，第一至第三直流供电回路101~103上均无交流电源AC输入，第三直流供电回路103的电源转换器17也无直流电源输出，所以第二晶体管Q18截止，但在电池组14电压仍高于齐纳二极管ZD1崩溃电压的状况下，第三晶体管Q20将持续导通，因而第一晶体管Q16基电极维持接地并导通，辅助电源供应单元18仍可持续自电池组14取得工作电源；

又因第二直流供电回路102上的整流器12无输出，放电控制电路15因而侦测得知交流电源AC中断，随即启动(ENABLE)脉宽调制控制器16，由脉宽调制控制器16驱动电源转换电路22工作，使电池组14通过电源转换电路22、整流电路23向第一直流放电回路101放电，进而对负载供电。

3. 不断电源供应器未接上交流电源的状态下

由于第三直流供电回路103上的电源转换器17无直流电源输出，切换控制电路21的第二晶体管Q18截止，而第一晶体管Q16因基电极未接地而截止，在第一晶体管Q16截止的状况下，直流放电回路104不通，第三晶体管Q20也截止，如此一来，辅助电源供应单元18无法取得工作电源，也无法对放电控制电路15和脉宽调制控制器16供电，在脉宽调制控制器16关闭的状态下，电源转换电路22本身为高阻态，将使电池组14无法通过电源转换电路22放电，因此可以实现电池组14的零放电，进而可避免不断电源供应器因误判造成电池组14长期放电。

以上所述仅是发明的较佳实施例而已，并非对本发明做任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案的范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims

1.一种直流输出不断电源供应器，其特征是包括：

第一到第三直流供电回路，该第一到第三直流供电回路上分设有一整流器，各整流器的输入端分别和交流电源连接；其中，第二直流供电回路上分设有一放电控制电路、一脉宽调制控制器，该放电控制电路的输入端是和第二直流供电回路上的整流器连接，又放电控制电路的输出端是和脉宽调制控制器连接，而放电控制电路和脉宽调制控制器是由一辅助电源供应单元供应工作电源；

该第三直流供电回路上设有一电源转换器，电源转换器的输入端和第三直流供电回路上的整流器连接，电源转换器的输出端则和一电池组连接接口连接；另第一直流供电回路和一电池组连接接口之间构成一直流放电回路，其特征在于：

该直流放电回路上设有一放电回路切换模块，该放电回路切换模块包含一切换控制电路、一电源转换电路及一整流电路，其中：

该切换控制电路包含第一到第三晶体管，第一晶体管的集电极、射电极是分别和辅助电源供应单元、电池组连接端口连接，第一晶体管的基电极则分别和第二、第三晶体管的集电极连接；

第二晶体管的基电极是和第三直流供电回路上的电源转换器输出端连接；

2.根据权利要求1所述的直流输出不断电源供应器，其特征是该第一晶体管为一PNP晶体管；第二、第三晶体管为一NPN晶体管。

3.根据权利要求2所述的直流输出不断电源供应器，其特征是该第一晶体管的射电极和基电极间设有一偏压电阻，该第二、第三晶体管的基电极上设有分压电阻。

4.根据权利要求3所述的直流输出不断电源供应器，其特征是该电源转换器的输出端是通过一二极管和电池组连接接口连接。

5.根据权利要求1到4中任一项所述的直流输出不断电源供应器，其特征是该放电回路切换模块上的电源转换电路为推挽式、顺向式、驰返式或半桥式电源转换器。

6.根据权利要求5所述的直流输出不断电源供应器，其特征是该第三直流供电回路上的电源转换器为一驰返式电源转换器。