CN103872761A - 一种ups电源供应器的切换方法及ups电源供应器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及电源供应器领域。本发明的UPS电源供应器的切换方法，包括：A、提供第一路电源供应通道将输入的AC电经过一AC/DC单元变换整理后，再经由一DC/DC单元变换整理，转变为被供应对象所需的DC电并输出，AC/DC单元变的电压为U1，且该第一电压U1大于第二电压U2；B、提供第二路电源供应通道将输入的AC电经过该AC/DC单元后，由充电电路单元给一蓄电单元充电，该蓄电单元输出通过单向压差隔离单元后，再经由该DC/DC单元变换整理，其中蓄电单元输出电压为U2；C、对第一路电源供应通道和第二路电源供应通道进行切换：当AC电正常输入时，仅由第一路电源供应通道输出DC电；当AC电输入失去时，由第二路电源供应通道输出DC电。根据上述，本发明还提出一种UPS电源供应器。
Description
技术领域
本发明涉及电源供应器领域，更具体的说涉及一种零切换高效率UPS电源供应器及其切换方法。
背景技术
高速发展的计算机、互联网以及云端计算技术带领人类进入了信息社会,随着互联网的高速发展。人们以网络为媒体,对信息的需求也在不断的增加，随之对不间断电源的需求及供电多样性提出了更高的要求。目前市场上多样性供电方式主要有以下方式：一种是，采用传统的UPS逆变器作为后备电源，其工作原理是：将DC转换成交流后，在经电源转换后给系统供电；该方式不仅成本高，同时整体效率低。另一种是，采用1+1电源冗余的方式来给系统供电，当一台电源出现故障时，将有备用电源开始供电；该方式不仅成本高，同时当AC大面积停电时，系统将不能工作。另外当今能源的枯竭、节约能源、提倡环保已经是我们亟待从各个方面解决的问题，提高电源效率也是必然的。
发明内容
有鉴于此，本发明人针对现有的电源供应器的上述缺陷深入研究，提出一种UPS电源供应器的高效零切换的切换方法以及该UPS电源供应器。
本发明公开一种UPS电源供应器的切换方法，包括：
A，提供第一路电源供应通道：该第一路电源供应通道是，将输入的AC电经过一AC/DC单元变换整理后，再经由一DC/DC单元变换整理，转变为被供应对象所需的DC电并输出，其中该AC/DC单元变换整理后的电压为第一电压U1，且该第一电压U1大于第二电压U2；
B，提供第二路电源供应通道：该第二路电源供应通道是，将输入的AC电经过该AC/DC单元变换整理后，由充电电路单元给一蓄电单元充电，该蓄电单元输出通过单向压差隔离单元后，再经由该DC/DC单元变换整理，转变为被供应对象所需的DC电并输出，其中蓄电单元输出电压为第二电压U2，且该第二电压U2小于该第一电压U1；
C，对第一路电源供应通道和第二路电源供应通道进行切换：当AC电正常输入时，因该第一电压U1大于该第二电压U2，仅由第一路电源供应通道输出DC电；当AC电输入失去时，由第二路电源供应通道输出DC电。
本发明还公开一种UPS电源供应器，包括：一AC/DC单元、一充电电路单元、一蓄电单元、一单向压差隔离单元、及一DC/DC单元，
该AC/DC单元，输入连接于AC电网，输出连接于该充电电路单元和DC/DC单元，该AC/DC单元用于将AC电进行变换整理成第一电压U1；
该充电电路单元，输入连接于该AC/DC单元，输出连接于该蓄电单元，该充电电路单元用于将该AC/DC单元输出的第一电压U1进行电压转换和充电控制，从而对该蓄电单元进行充电；
该蓄电单元，输入连接于该充电电路单元，输出连接于该单向压差隔离单元，该蓄电单元用于存储电能，其两极输出第二电压U2；
该单向压差隔离单元，输入连接于该蓄电单元，输出连接于该DC/DC单元，该单向压差隔离单元用于对电流进行单向压差隔离，使高电压源流向低电压源且低电压源不可逆回高电压源；
该DC/DC单元，输入连接于该AC/DC单元和单向压差隔离单元，输出连接于被供应对象，该DC/DC单元将该AC/DC单元输入的第一电压U1或者将单向压差隔离单元输入的第二电压U2转变为被供应对象所需的DC电并输出；
其中，当AC电网正常输入时，该第一电压U1大于第二电压U2。
本发明所公开的一种UPS电源供应器的切换方法及UPS电源供应器可以实现几乎0时间切换，以大大提高电源的效率，从而达到节省能源的目的。
附图说明
图1是本发明的总框图；
图2是本发明一个具体实施例的模块连接图；
图3是该实施例的电路原理图。
具体实施方式
现结合附图和具体实施方式对本发明进一步说明。
参阅图1所示，本发明公开一种UPS电源供应器，包括：一AC/DC单元M1、一充电电路单元M2、一蓄电单元M3、一单向压差隔离单元M4、及一DC/DC单元M5，
该AC/DC单元M1，输入连接于AC电网，输出连接于该充电电路单元M2和DC/DC单元M5，该AC/DC单元M1用于将AC电进行变换整理成第一电压U1；
该充电电路单元M2，输入连接于该AC/DC单元M1，输出连接于该蓄电单元M3，该充电电路单元M2用于将该AC/DC单元M1输出的第一电压U1进行电压转换和充电控制，从而对该蓄电单元M3进行充电；
该蓄电单元M3，输入连接于该充电电路单元M2，输出连接于该单向压差隔离单元M4，该蓄电单元M3用于存储电能，其两极输出第二电压U2；
该单向压差隔离单元M4，输入连接于该蓄电单元M3，输出连接于该DC/DC单元M5，该单向压差隔离单元M4用于对电流进行单向压差隔离，使高电压源流向低电压源且低电压源不可逆回高电压源；
该DC/DC单元M5，输入连接于该AC/DC单元M1和单向压差隔离单元M4，输出连接于被供应对象，该DC/DC单元M5将该AC/DC单元M1输入的第一电压U1或者将单向压差隔离单元M4输入的第二电压U2转变为被供应对象所需的DC电并输出；
其中，当AC电网正常输入时，该第一电压U1大于第二电压U2。
由上可知，本发明的UPS电源供应器包括了2路电源供应通道。第一路电源供应通道是：将AC电网输入的AC电经过AC/DC单元M1变换整理（如整流、滤波、变压等）后，输出第一电压U1，第一电压U1再经由DC/DC单元M5变换整理（如直流降压），转变为被供应对象所需的DC电并输出。第二路电源供应通道是：将AC电网输入的AC电经过AC/DC单元M1变换整理（整流、滤波、变压等）后，由充电电路单元M2给一蓄电单元M3(铅酸蓄电池、锂电池等)充电，该蓄电单元M4输出第二电压U2，通过单向压差隔离单元M3后，再经由该DC/DC单元M5变换整理，转变为被供应对象所需的DC电并输出。
在AC电网正常输入时，由第一路电源供应通道正常供电；并由于该第二电压U2小于该第一电压U1，且单向压差隔离单元M4进行单向压差隔离，则蓄电单元M3并不输出，即第二路电源供应通道不起作用。在AC电网断电时，则第一路电源供应通道失电，则AC/DC单元M1输出的第一电压U1也随之快速下降并消除，当该第一电压U1下降至小于第二电压U2时，单向压差隔离单元M4不再反向隔离，蓄电单元M3立即流入并通过单向压差隔离单元M4，并由DC/DC单元M5变换整理，转变为被供应对象所需的DC电输出。由于这种切换是随着AC电网断电时，第一电压U1迅速下降至低于第二电压U2时，第二路电源供应通道就同步导通的，因此实现了零切换（几乎同时）和高效率的特点。
该DC/DC单元M5采用降压斩波器电路实现。该单向压差隔离单元M4可以通过MOS开关电路、固态继电器、开关芯片等一类具有使高电压源流向低电压源且低电压源不可逆回高电压源的单向压差隔离功能的电路和元器件实现。但是优选的，可以采用肖特基二极管来实现，肖特基二极管具有极高的相应速度且成本便宜，简单可靠。
为了进一步说明，下面以一个具体实施例来对本发明进行进一步说明。
参阅图2和图3所示，该实施例的UPS电源供应器是：一交流输入电磁干扰滤波电路（EMC）1输出连接至整流滤波电路2，整流滤波电路2连接至功率因素矫正电路3，功率因素矫正电路3通过大电容4，连接于主变压器5，主变压器5再经过整流滤波电路6，输出给降压斩波器电路（buck电路）7，降压斩波器电路7根据供应对象需要，分别通过+12V直流输出电路17、+3.3V直流降压电路18、+5V直流降压电路19、-12V直流输出电路20分别输出DC+12V、DC+3.3V、DC+5V、DC-12V，该+12V直流输出电路17、+3.3V直流输出电路18、+5V直流输出电路19、-12V直流输出电路20通过过电压、欠电压、过电流、温度保护开关机控制电源准备信号采集电路21采集反馈信号，输出给保护和开关机控制电路16，该保护和开关机控制电路16连接于降压斩波器电路7以进行控制，该保护和开关机控制电路16输出连接至脉宽控制电路13、脉宽控制电路13通过主开关管9对主变压器5进行逆变控制，该大电容4连接+5V辅助电源8，以输出+5V辅助电压给功率因素矫正电路3，+5V辅助电源8也连接至该保护和开关机控制电路16，上述的整流滤波电路6另一路输出连接至电池充电电路10、电池充电电路10输出给电池组11充电，电池组11通过隔离二极管12输出至该降压斩波器电路7。此外，该电池组11通过电池电量检测控制电路15检测电量，并反馈连接至保护和开关机控制电路16，及输出至蜂鸣器控制电路14进行示警。该实施例中，整流滤波电路6输出的第一电压U1是30V的直流电压，而电池组11是24V额定电压电池，其两端的第二电压U2是24V的直流电压；显然的满足第一电压U1大于第二电压U2。
该实例中，电池组11是采用的是24V额定电压电池,其浮充电压为27V，因此在AC市电输入时,经AC/DC（整流滤波电路2、大电容4、主变压器5、主开关管9、脉宽控制电路13、整流滤波电路6、开关机控制电路16等实现）将其转换成30V的直流电压,接到降压斩波器电路7输入端,同时24V的电池组11经隔离二极管12接入到降压斩波器电路7输入端。当AC供电的时候,经AC/DC产生的30VDC电压高于24V的电池组11的浮充电压,隔离二极管12反向截止,此时由AC输入为降压斩波器电路7提供能量,维持系统的正常运行；电池组11不工作；当AC掉电时,隔离二极管12正向导通,此时电池组11经隔离二极管12为降压斩波器电路7提供能量，使输出电压正常,维持系统正常运行。
该实施例中，AC/DC单元M1是由交流输入电磁干扰滤波电路1、整流滤波电路2、功率因素矫正电路3、大电容4、主变压器5、主开关管9、脉宽控制电路13、整流滤波电路6、开关机控制电路16等主要部分及+5V辅助电源8、电压、欠电压、过电流、温度保护开关机控制电源准备信号采集电路21等辅助部分来实现，但根据电源实际用途需要，可以这些组成模块还进行减少和增加。
再次参阅图3所示，此电路原理图是该实施例的一种具体实现方式，除了包括上述的各电路模块外，还包括其他一些辅助电路模块，例如上位机监控接口模块22、反馈信号接口模块23等。该实施例仅用于说明本发明的一种具体实现电路，本领域技术人员可以根据电源设计的需要，采用不同的芯片和元器件的连接电路来实现。在此仅列举其中一部分电路模块的电路，如电磁干扰滤波电路1是由防雷管、共模电感、电容等并联组成，降压斩波器电路7由芯片控制部分7-1和MOS开关部分7-2组成，保护和开关机控制电路16和电压、欠电压、过电流、温度保护开关机控制电源准备信号采集电路21通过电源控制芯片U16组成的电源管理电路实现，脉宽控制电路13由PWM芯片U6和过零检测芯片U3组成的电路实现，电池充电电路10中的输出端口BAT+连接于电池组11的正极，隔离二极管12是串联的肖特基二极管D34、D35，等等。这些均是本领域技术人员可以掌握的常规技术内容，于此不再一一详细说明。
尽管结合优选实施方案具体展示和介绍了本发明，但所属领域的技术人员应该明白，在不脱离所附权利要求书所限定的本发明的精神和范围内，在形式上和细节上可以对本发明做出各种变化，均为本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种UPS电源供应器的切换方法，包括：
A，提供第一路电源供应通道：该第一路电源供应通道是，将输入的AC电经过一AC/DC单元变换整理后，再经由一DC/DC单元变换整理，转变为被供应对象所需的DC电并输出，其中该AC/DC单元变换整理后的电压为第一电压U1，且该第一电压U1大于第二电压U2；
B，提供第二路电源供应通道：该第二路电源供应通道是，将输入的AC电经过该AC/DC单元变换整理后，由充电电路单元给一蓄电单元充电，该蓄电单元输出通过单向压差隔离单元后，再经由该DC/DC单元变换整理，转变为被供应对象所需的DC电并输出，其中蓄电单元输出电压为第二电压U2，且该第二电压U2小于该第一电压U1；
C，对第一路电源供应通道和第二路电源供应通道进行切换：当AC电正常输入时，因该第一电压U1大于该第二电压U2，仅由第一路电源供应通道输出DC电；当AC电输入失去时，由第二路电源供应通道输出DC电。
2.根据权利要求1所述的UPS电源供应器的切换方法，其特征在于：该DC/DC单元采用降压斩波器电路实现。
3.根据权利要求1所述的UPS电源供应器的切换方法，其特征在于：该单向压差隔离单元采用肖特基二极管实现。
4.一种UPS电源供应器，包括：一AC/DC单元、一充电电路单元、一蓄电单元、一单向压差隔离单元、及一DC/DC单元，
该AC/DC单元，输入连接于AC电网，输出连接于该充电电路单元和DC/DC单元，该AC/DC单元用于将AC电进行变换整理成第一电压U1；
该充电电路单元，输入连接于该AC/DC单元，输出连接于该蓄电单元，该充电电路单元用于将该AC/DC单元输出的第一电压U1进行电压转换和充电控制，从而对该蓄电单元进行充电；
该蓄电单元，输入连接于该充电电路单元，输出连接于该单向压差隔离单元，该蓄电单元用于存储电能，其两极输出第二电压U2；
该单向压差隔离单元，输入连接于该蓄电单元，输出连接于该DC/DC单元，该单向压差隔离单元用于对电流进行单向压差隔离，使高电压源流向低电压源且低电压源不可逆回高电压源；
该DC/DC单元，输入连接于该AC/DC单元和单向压差隔离单元，输出连接于被供应对象，该DC/DC单元将该AC/DC单元输入的第一电压U1或者将单向压差隔离单元输入的第二电压U2转变为被供应对象所需的DC电并输出；
其中，当AC电网正常输入时，该第一电压U1大于第二电压U2。
5.根据权利要求1所述的UPS电源供应器，其特征在于：该AC/DC单元包括顺次连接的第一整流滤波电流、功率因素矫正电路、PWM逆变电路、第二整流滤波电路。
6.根据权利要求5所述的UPS电源供应器，其特征在于：还包括保护控制电路。
7.根据权利要求4所述的UPS电源供应器，其特征在于：该DC/DC单元是降压斩波器电路。
8.根据权利要求4所述的UPS电源供应器，其特征在于：该单向压差隔离单元是肖特基二极管。
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