CN102868213B - 后备式不间断电源无延时同步切换电路及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种后备式不间断电源的无延时同步切换电路及方法，应用于备用AC逆变控制电路输出与电网电源输出之间的无延时同步切换，所述备用AC逆变控制电路的输出通过一输出滤波电感和输出滤波电容输出电压；所述同步切换电路包括一个电网AC同步取样电路，所述电网输出作为所述电网AC同步取样电路的输入，所述电网AC同步取样电路的输出作为所述备用AC逆变控制电路的输入；所述电网电源与所述备用AC逆变控制电路之间设有一开关电路，所述开关电路通过一驱动电路进行驱动。本发明实现了如在线式UPS般的完全不间断供电，提高了工作效率，使用安全且节能效果好。<!--1-->

Description

后备式不间断电源无延时同步切换电路及方法
技术领域
本发明涉及不间断电源技术领域，尤其涉及一种后备式不间断电源的无延时同步切换电路及方法。
背景技术
随着信息处理技术和微电子等精密技术的蓬勃发展，对供电系统质量和可靠性的要求也越来越高，在一些用电质量要求较高的场合，急需一种电压稳定、能同步跟踪电网频率、高可靠性的交流不间断电源。不间断电源系统(UPS，UninterruptiblePowerSystem)是一种含有储能装置，以逆变器为主要组成部分的恒压恒频的不间断电源，当市电输入正常时，UPS将市电稳压后供应给负载使用，此时的UPS就是一台交流市电稳压器，同时它还向机内电池充电；当市电中断时，UPS立即将机内电池的电能，通过逆变转换的方法向负载继续供应220V交流电，使负载维持正常工作并保护负载软、硬件不受损坏。
从技术上讲，UPS分为三类：后备式(也称为离线式)、在线式和在线互动式。后备式正弦波UPS平时处于蓄电池充电状态，在停电时逆变器紧急切换到工作状态，将电池提供的直流电转变为稳定的交流电输出，适用于用电质量不高又要求不能断电的负载，它由充电器、逆变器、蓄电池组、静态开关等组成。后备式不间断电源的切换方式是采用继电器或电子开关，但通常无法在后备电源和电网电源间实现无延时的同步切换,会造成电源提供无法平顺的现象。
发明内容
针对上述存在的问题，本发明的目的是提供一种后备式不间断电源的无延时同步切换电路及方法，以实现在后备电源和电网电源间的无延时同步切换。
本发明的目的是通过下述技术方案实现的：
一种后备式不间断电源的无延时同步切换电路，应用于备用AC逆变控制电路输出与电网电源输出之间的无延时同步切换，其中：
所述备用AC逆变控制电路的输出通过一输出滤波电感(T2)和输出滤波电容(C1)输出电压；
所述同步切换电路包括一个电网AC同步取样电路，所述电网输出作为所述电网AC同步取样电路的输入，所述电网AC同步取样电路的输出作为所述备用AC逆变控制电路的输入；
所述电网电源与所述备用AC逆变控制电路之间设有一开关电路，所述开关电路通过一驱动电路进行驱动。
上述无延时同步切换电路，其中：
所述驱动电路包括一光耦合器，所述光耦合器的第一输出端通过并联一输入滤波电容与驱动供电电网电源连接，所述光耦合器的第二输入端连接一CMOS管组，所述光耦合器第一输入端通过一中间电阻和所述备用AC逆变控制电路连接，所述光耦合器还有一端接地；
所述CMOS管组跨接在所述备用AC逆变控制电路与所述电网电源之间。
上述无延时同步切换电路，其中，所述CMOS管组的源极和栅极分别相接。
上述无延时同步切换电路，其中：
所述电网AC同步取样电路包括一电压互感器，第一电阻，第二电阻,第一稳压二极管，第二稳压二极管，第一运算放大器和第二运算放大器；
所述电压互感器的初级线圈接收从所述电网电源输入的电源，所述电压互感器的次级线圈一端通过所述第一电阻连接所述第一运算放大器的同相输入端，所述第一电阻与所述第一运算放大器连接的一端同时通过所述第一稳压二极管接地；
所述电压互感器的次级线圈另一端通过所述第二电阻连接所述第二运算放大器的同相输入端，所述第二电阻与所述第二运算放大器连接的一端同时通过所述第二稳压二极管接地；
所述第一运算放大器的反相输入端和输出端连通，和所述第二运算放大器的反相输入端和输出端连通。
上述无延时同步切换电路，其中，所述电压互感器的次级线圈的中心抽头接地，所述电压互感器的次级线圈的中心抽头的上端为同相端，下端为反相端。
一种实施上述任意一项所述无延时同步切换电路的无延时同步切换方法，其中，包括下列步骤：
上电后，所述备用AC逆变控制电路两端输出一个完整周期波电压；
当电网供电正常时，所述电网AC同步取样电路同步输出两个与电网同步信号；
所述备用AC逆变控制电路收到所述同步信号后，所述备用AC逆变控制电路调整电压输出相位直至所述备用AC逆变控制电路的输出电压与所述电网AC同步取样电路的输出电压同步，所述CMOS管组导通，所述备用AC逆变控制电路关闭自身电压输出；
当所述电网AC同步取样电路输出的两个同步信号超出设定的范围，则判断为电网供电不正常，所述备用AC逆变控制电路输出控制信号将CMOS管组断开，同时输出与所述电网电源同步的电压。
上述无延时同步切换方法，其中，上电后，所述备用AC逆变控制电路两端输出一个完整正弦波电压或方波电压。
与已有技术相比，本发明的有益效果在于：
实现了如在线式UPS般的完全不间断供电，提高了工作效率，使用安全且节能效果好。
附图说明
图1是本发明后备式不间断电源的无延时同步切换电路的结构示意图；
图2是本发明后备式不间断电源的无延时同步切换电路中电网AC同步取样电路的结构示意图；
图3a、图3b分别是本发明后备式不间断电源的无延时同步切换电路中备用AC逆变控制电路两端的输出波形；
图3c是图3a、图3b输出波形迭合后形成的完整的正弦波波形。
图4是本发明后备式不间断电源的无延时同步切换电路中备用AC逆变控制电路输出的方波波形；
图5a、图5b分别是本发明后备式不间断电源的无延时同步切换电路中电网AC同步取样电路两端的输出波形。
具体实施方式
下面结合原理图和具体操作实施例对本发明作进一步说明。
如图1所示，本发明后备式不间断电源的无延时同步切换电路，应用于备用AC逆变控制电路输出与电网电源输出之间的无延时同步切换电路，备用AC逆变控制电路的输出通过一输出滤波电感T2和输出滤波电容C1输出电压。
在本发明实施例中，无延时同步切换电路包括一个电网AC同步取样电路，电网输出作为电网AC同步取样电路的输入，电网AC同步取样电路的输出作为备用AC逆变控制电路的输入。
电网电源与备用AC逆变控制电路之间还设有一开关电路，开关电路通过一驱动电路进行驱动，开关电路的作用是当电网出现问题时及时进行与备用电源之间的切换。
在上述技术方案进一步基础上，继续参看图1所示，所述驱动电路包括一光耦合器O1，所述光耦合器O1的第一输出端通过并联一输入滤波电容C2与驱动供电电网电源连接，所述光耦合器O1的第二输入端连接一CMOS管组，所述光耦合器O1第一输入端通过一中间电阻R和所述备用AC逆变控制电路连接，所述光耦合器O1还有一端GAD；
CMOS管组M1、M2跨接在备用AC逆变控制电路与电网电源之间，CMOS管组M1、M2的源极和栅极分别相接。
请参看图2所示，电网AC同步取样电路包括一电压互感器T1，第一电阻R1，第二电阻R2,第一稳压二极管Z1，第二稳压二极管Z2，第一运算放大器IC1和第二运算放大器IC2。电压互感器T1的初级线圈接收从电网电源输入的电源，电压互感器T1的次级线圈一端通过第一电阻R1连接第一运算放大器IC1的同相输入端，第一电阻R1与第一运算放大器IC1的连接一端同时通过第一稳压二极管Z1接地。
电压互感器T1的次级线圈另一端通过第二电阻R2连接第二运算放大器IC2的同相输入端，第二电阻R2与第二运算放大器IC2的连接一端同时通过第二稳压二极管Z2接地GND。第一运算放大器IC1的反相输入端和输出端连通，和第二运算放大器IC2的反相输入端和输出端连通。
在上述技术方案的进一步基础上，电压互感器T1的次级线圈的中心抽头接地，电压互感器T1的次级线圈的中心抽头的上端为同相端，下端为反相端，以实现输出对称同步信号。
本发明无延时同步切换方法包括下列步骤：
上电后，备用AC逆变控制电路两端输出一个完整周期波电压VAC，具体输出一个完整正弦波电压或方波电压，两端VAC1、VAC2的输出波形分别相对电路公共端GND的波形如图3a和图3b所示，其中n为正整数。这样VAC1和VAC2二端输出一个完整的正弦波电压VAC，其波形如图3c所示。
在本发明的另一个实施例中，备用AC逆变控制电路也可以输出调制方波如图4所示，方波为近似正弦波，并不影响作为备用电源的使用。
当电网供电正常时，电网AC同步取样电路同步输出两个与电网同步信号TC1和TC2，请继续参看图1和图2所示，VACL1＞VACL2时输出TC1，VACL2＞VACL1时输出TC2，TC1和TC2的输出波形请参看图5a和图5b所示，其中m为正整数。
备用AC逆变控制电路收到同步信号TC1和TC2后，备用AC逆变控制电路调整电压输出相位直至备用AC逆变控制电路的输出电压与电网AC同步取样电路的输出电压同步，CMOS管组M1、M2导通，备用AC逆变控制电路关闭自身电压输出。具体来说，逆变器接收到同步信号后，将调整自身的VAC输出相位直至m-n＝偶数，请参见图3a、图3b、图3c、图4和图5a、图5b，当“m-n＝偶数(m、n均为正整数)”稳定后，且VACL在设定的范围内，则备用AC逆变控制电路的切换驱动信号D1输出有效高，经光耦合器O1驱动CMOS管组M1和M2导通，同时备用AC逆变控制电路关闭自身VAC输出，但会随时监测TC1和TC2，且随时准备输出与VACL同步的VAC。
当在任何一个时间点上，当电网AC同步取样电路输出的两个同步信号TC1和TC2超出设定的范围，则判断为电网供电不正常，备用AC逆变控制电路输出控制信号，立刻置D1为低，即无效驱动，将CMOS管组M1、M2断开，同时输出与电网电源VACL同步的VAC，即由电网供电切换至备用电源供电。
本发明提供的上述两种切换方式实现了电网电源和备用供电间的同步无延时切换，实现了如在线式UPS般的完全不间断供电，提高了工作效率，使用安全且节能效果好。
以上对本发明的具体实施例进行了详细描述，但本发明并不限制于以上描述的具体实施例，其只是作为范例。对于本领域技术人员而言，任何等同修改和替代也都在本发明的范畴之中。因此，在不脱离本发明的精神和范围下所作出的均等变换和修改，都应涵盖在本发明的范围内。

Claims (6)

1.一种后备式不间断电源的无延时同步切换电路，应用于备用AC逆变控制电路输出与电网电源输出之间的无延时同步切换，其特征在于：
所述备用AC逆变控制电路的输出通过一输出滤波电感（T2）和输出滤波电容（C1）输出电压；
所述无延时同步切换电路包括一个电网AC同步取样电路，所述电网电源输出作为所述电网AC同步取样电路的输入，所述电网AC同步取样电路的输出作为所述备用AC逆变控制电路的输入；
所述电网电源与所述备用AC逆变控制电路之间设有一开关电路，所述开关电路通过一驱动电路进行驱动；
所述电网AC同步取样电路包括一电压互感器（T1），第一电阻（R1），第二电阻（R2）,第一稳压二极管（Z1），第二稳压二极管（Z2），第一运算放大器（IC1）和第二运算放大器（IC2）；
所述电压互感器（T1）的初级线圈接收从所述电网电源输入的电源，所述电压互感器（T1）的次级线圈一端通过所述第一电阻（R1）连接所述第一运算放大器（IC1）的同相输入端，所述第一电阻（R1）与所述第一运算放大器（IC1）连接的一端同时通过所述第一稳压二极管（Z1）接地；
所述电压互感器（T1）的次级线圈另一端通过所述第二电阻（R2）连接所述第二运算放大器（IC2）的同相输入端，所述第二电阻（R2）与所述第二运算放大器（IC2）连接的一端同时通过所述第二稳压二极管（Z2）接地；
所述第一运算放大器（IC1）的反相输入端和输出端连通，和所述第二运算放大器（IC2）的反相输入端和输出端连通。
2.根据权利要求1所述无延时同步切换电路，其特征在于：
所述驱动电路包括一光耦合器（O1），所述光耦合器（O1）的第一输出端通过并联一输入滤波电容（C2）与驱动供电电网电源连接，所述光耦合器（O1）的第二输出端连接一CMOS管组，所述光耦合器（O1）第一输入端通过一中间电阻（R）和所述备用AC逆变控制电路连接，所述光耦合器（O1）还有一端接地；
所述CMOS管组跨接在所述备用AC逆变控制电路与所述电网电源之间。
3.根据权利要求2所述无延时同步切换电路，其特征在于，所述CMOS管组（M1;M2）包括第一场效应管M1和第二场效应管M2，所述第一场效应管M1的源极连接所述第二场效应管M2的源极，所述第一场效应管M1的栅极连接所述第二场效应管M2的栅极，所述第一场效应管M1的漏极连接所述电网电源，所述第二场效应管M2的漏极连接所述备用AC逆变控制电路。
4.根据权利要求1所述无延时同步切换电路，其特征在于，所述电压互感器（T1）的次级线圈的中心抽头接地。
5.一种实施权利要求1至4中任意一项所述无延时同步切换电路的无延时同步切换方法，其特征在于，包括下列步骤：
上电后，所述备用AC逆变控制电路两端输出一个完整周期波电压；
当电网供电正常时，所述电网AC同步取样电路同步输出两个与电网同步信号；
所述备用AC逆变控制电路收到所述同步信号后，所述备用AC逆变控制电路调整电压输出相位直至所述备用AC逆变控制电路的输出电压与所述电网AC同步取样电路的输出电压同步，所述CMOS管组（M1;M2）导通，所述备用AC逆变控制电路关闭自身电压输出；
当所述电网AC同步取样电路输出的两个同步信号超出设定的范围，则判断为电网供电不正常，所述备用AC逆变控制电路输出控制信号将CMOS管组（M1;M2）断开，同时输出与所述电网电源同步的电压。
6.根据权利要求5所述无延时同步切换方法，其特征在于，上电后，所述备用AC逆变控制电路两端输出一个完整正弦波电压或方波电压。
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