CN104953696B - 在线互动式不间断电源 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种在线互动式不间断电源，包括交流输入端、交流输出端、建立在所述交流输入端和所述交流输出端之间的第一导电路径和第二导电路径、电压调节装置、第一开关和第二开关；所述电压调节装置包括自耦变压器、输入开关和输出开关，所述自耦变压器的公共端连接在所述第二导电路径上，所述输入开关的公共端作为所述电压调节装置的输入端，所述输出开关的公共端作为所述电压调节装置的输出端；所述第一开关连接在所述电压调节装置的输入端和所述第一导电路径之间；所述第二开关用于选择性地使所述电压调节装置的输出端或所述第一导电路径之一连接至所述交流输出端。本发明的在线互动式不间断电源能够提高电能的利用率。
Description
技术领域
本发明涉及不间断电源，具体涉及在线互动式不间断电源。
背景技术
在线互动式不间断电源能够持续不断地给负载进行供电，当市电的电压幅值正常或在负载所能容许的幅值范围内时，由市电向负载进行供电；当市电断电时，通过储能电池对负载进行供电；当市电的电压幅值不在负载所能容许的幅值范围内时，通过调压变压器对市电的电压进行升压或降压后对负载进行供电。
图1是现有技术的在线互动式不间断电源的电路图。如图1所示，包括交流输入端11、交流输出端12、建立在交流输入端11和交流输出端12之间的第一导电路径13和第二导电路径14、充电器15、可充电电池16、DC/AC逆变器17和电压调节装置18，还包括开关101、开关102、开关105和开关106。开关106是一个双刀双掷开关，连接在交流输入端11处，用作电路的安全保护开关。电压调节装置18包括自耦变压器19、开关103和开关104，自耦变压器19依次具有公共端子107、端子108和端子109，公共端子107和端子108之间的绕组为公共绕组，端子108和端子109之间的绕组为串联绕组。开关103和开关104为双触点继电器，开关103的公共端作为电压调节装置18的输入端110，开关104的公共端作为电压调节装置18的输出端111，其中开关103的另一端可选择地与端子108或端子109连接，开关104的另一端可选择地与端子108或端子109连接。公共端子107通过开关101连接至第二导电路径14。当输入端110连接至端子108且输出端111连接至端子109时，电压调节装置18提供升压输出；而当输入端110连接至端子109且输出端111连接至端子108时，电压调节装置18提供降压输出。充电器15的输入端通过在第一导电路径13上的开关102与交流输出端12连接，充电器15的输出端用于对可充电电池16进行充电，DC/AC逆变器17用于将可充电电池16的直流电转换为交流电输出。开关105为双刀双掷开关，可以选择性地使得DC/AC逆变器17的输出端对交流输出端12供电或使得电压调节装置18的输出端111对交流输出端12供电。
由于在线互动式不间断电源绝大部分时间是在旁路模式（市电正常情况）下工作，当图1所示的在线互动式不间断电源以旁路模式工作时，开关101断开、开关102导通、开关103和开关104的另一端都连接在端子109上从而使得电压调节装置18的输入端110和输出端111之间通过至少2个开关触点形成电连接、电压调节装置18的输出端111通过开关105和开关102对交流输出端12供电，开关106导通。此时交流输入端11的市电总共经过至少7个开关触点对交流输出端12进行供电。
由于开关的电阻比导线的电阻要高，因此在旁路模式下开关的损耗较大，从而降低了电能的利用率，因此目前需要在不增加电子元器件的情况下提高市电的效率。
发明内容
针对上述现有技术，本发明提供了一种在线互动式不间断电源，包括：
交流输入端，用于提供交流输入；
交流输出端，用于提供交流输出；
建立在所述交流输入端和所述交流输出端之间的第一导电路径和第二导电路径；
电压调节装置，包括：
自耦变压器，包括公共端、多个输入/输出端，所述公共端连接在所述第二导电路径上；
输入开关，所述输入开关的切换端可操作地与所述自耦变压器的多个输入/输出端中的任一个连接，且所述输入开关的公共端作为所述电压调节装置的输入端；
输出开关，所述输出开关的切换端可操作地与所述自耦变压器的多个输入/输出端中的任一个连接，且所述输出开关的公共端作为所述电压调节装置的输出端；
第一开关，连接在所述电压调节装置的输入端和所述第一导电路径之间；以及
第二开关，用于选择性地使所述电压调节装置的输出端或所述第一导电路径之一连接至所述交流输出端；
可充电电池；
充电器，用于利用所述交流输出端的交流电对所述可充电电池进行充电；
DC/AC逆变器，用于利用所述可充电电池中的直流电对所述交流输出端进行供电；以及
切换开关，当所述交流输入端的电压幅值在第一阈值到第二阈值之间时，所述切换开关用于使得所述第一导电路径和所述第二导电路径分别导通，当所述交流输入端的电压幅值大于第三阈值且小于第一阈值时或大于第二阈值且小于第四阈值时，所述切换开关用于使得所述第二导电路径导通，当所述交流输入端的电压幅值不大于第三阈值或不小于第四阈值时，所述切换开关用于使得所述DC/AC逆变器的输出端连接至所述交流输出端，其中第三阈值、第一阈值、第二阈值和第四阈值依次增加；以及
连接在所述交流输入端的同步安全开关，用于断开所述交流输入端的交流电。
本发明还提供了一种用于上述在线互动式不间断电源的控制方法，当所述交流输入端的电压幅值在第一阈值到第二阈值之间时，控制所述切换开关使得所述第一导电路径和所述第二导电路径分别导通，控制所述第一开关处于断开状态，并且控制所述第二开关使得所述第一导电路径连接至所述交流输出端，控制所述同步安全开关处于导通状态，其中第一阈值小于第二阈值。
本发明还提供了一种用于上述在线互动式不间断电源的控制方法，当所述交流输入端的电压幅值大于第三阈值且小于第一阈值时或大于第二阈值且小于第四阈值时，控制所述切换开关使得所述第二导电路径导通，控制所述第一开关处于导通状态，并且控制所述第二开关使得所述电压调节装置的输出端连接至所述交流输出端，控制所述同步安全开关处于导通状态，其中第三阈值、第一阈值、第二阈值和第四阈值依次增加。
本发明还提供了一种用于上述在线互动式不间断电源的控制方法，当所述交流输入端的电压幅值不大于第三阈值或不小于第四阈值时，控制所述切换开关使得所述DC/AC逆变器的输出端连接至所述交流输出端，控制所述第二开关使得所述第一导电路径连接至所述交流输出端，控制所述同步安全开关处于断开状态，其中第三阈值小于第四阈值。
本发明的在线互动式不间断电源在旁路模式下能够减小交流输入端和交流输出端之间的开关触点，从而减少了开关损耗，提高了电能的利用率。
附图说明
以下参照附图对本发明实施例作进一步说明，其中：
图1是现有技术的在线互动式不间断电源的电路图。
图2是本发明较佳实施例的在线互动式不间断电源的电路图。
图3是图2所示的在线互动式不间断电源在旁路模式下的等效电路图。
图4是图2所示的在线互动式不间断电源在在线模式下实现升压的等效电路图。
图5是图2所示的在线互动式不间断电源在在线模式下实现降压的等效电路图。
主要装置符号说明
11、21 交流输入端
12、22 交流输出端
13、23 第一导电路径
14、24 第二导电路径
15、25 充电器
16、26 可充电电池
17、27 DC/AC逆变器
18、28 电压调节装置
19、29 自耦变压器
101 开关
201 第一开关
102 开关
202 第二开关
103 输入开关
203 输入开关
104 输出开关
204 输出开关
105 开关
205 切换开关
106 开关
206 同步安全开关
107、207 公共端子
108、208 端子
109、209 端子
110、210 电压调节装置输入端
111、211 电压调节装置输出端
具体实施方式
为了使本发明的目的，技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图通过具体实施例对本发明进一步详细说明，其中类似的附图标记表示类似的部件。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
图2是本发明较佳实施例的在线互动式不间断电源的电路图。如图2所示，包括交流输入端21、交流输出端22、建立在交流输入端21和交流输出端22之间的第一导电路径23和第二导电路径24、充电器25、可充电电池26、DC/AC逆变器27和电压调节装置28，还包括第一开关201、第二开关202、切换开关205和同步安全开关206。
同步安全开关206是一个双刀双掷开关，连接在交流输入端21处，用作电路的安全保护开关，通常情况下同步安全开关206都处于导通状态，当电路发生异常情况（例如短路或其它故障）时，同步安全开关206处于断开状态。在其他的实施例中，也可以不具有同步安全开关206。
电压调节装置28和图1中的电压调节装置18相同，其包括自耦变压器29、输入开关203和输出开关204，自耦变压器29的绕组上依次具有公共端子207、端子208和端子209，公共端子207连接在第二导电路径24上，公共端子207和端子208之间的绕组为公共绕组，端子208和端子209之间的绕组为串联绕组。输入开关203和输出开关204为双触点继电器，输入开关203的公共端作为电压调节装置28的输入端210，输出开关204的公共端作为电压调节装置28的输出端211，其中输入开关203使得输入端210可选择地与端子208或端子209连接，输出开关204使得输出端211可选择地与端子208或端子209连接。电压调节装置28的输入端210通过第一开关201连接在第一导电路径23上，即第一开关201的一端和第一导电路径23连接形成节点212，另一端和电压调节装置28的输入端210相连接。当第一开关201导通时，交流输入端21由于同步安全开关206和第一开关201的闭合对电压调节装置28的输入端210进行供电，电压调节装置28可对交流输入端21的市电的电压进行升压或降压，从而在电压调节装置28的输出端211和公共端子207之间得到所需要的电压。可以理解，端子208可以连接至线圈的不同位置处的抽头以提供不同的匝数比，从而提供期望程度的电压升降调节。
充电器25的输入端连接在第一导电路径23和第二导电路径24上，在其他的实施例中，充电器25的输入端可以直接连接在交流输出端22上，充电器25利用交流输出端22的交流电对可充电电池26进行充电，DC/AC逆变器27将可充电电池26的直流电转换为所需要的交流电输出。
切换开关205为双刀双掷开关，其中切换开关205的两个公共端分别连接在第一导电路径23和第二导电路径24上，切换开关205的两个切换端可选择性地与第一导电路径23和第二导电路径24连接从而使得交流输入端21的市电对交流输出端22供电，或与DC/AC逆变器27的输出端连接从而使得可充电电池26对交流输出端22供电。
第二开关202为双触点开关，第二开关202的公共端连接在与交流输出端22相连接的第一导电路径23上，第二开关202的切换端可以选择性地使得第一导电路径23导通（即第二开关202的切换端和切换开关205的一个公共端连接），同时使得电压调节装置28的输出端211和交流输出端22的一个端子断开；或可以使得第一导电路径23断开（即第二开关202的切换端和切换开关205的一个公共端断开），同时使得电压调节装置28的输出端211和交流输出端22的一个端子电连接。
图3是图2所示的在线互动式不间断电源在旁路模式下的等效电路图。为了清楚示出电流回路中的开关触点的数目，图3并未示出充电器25、可充电电池26和DC/AC逆变器27，电压调节装置28和第一开关201。当市电的电压幅值在负载（图中未示出）正常工作所允许的电压范围（不同的负载正常工作所允许的电压范围不一定相同）内时，控制第一开关201（参见图2）处于断开状态，控制同步安全开关206处于导通状态，并控制切换开关205和第二开关202使得交流输入端21和交流输出端22之间的第一导电路径23和第二导电路径24导通。此时在线互动式不间断电源处于旁路模式，交流输入端21的市电对交流输出端22的负载进行供电，电流回路经过同步安全开关206的两个开关触点、切换开关205的两个开关触点以及第二开关202的一个开关触点，总共5个开关触点，和现有技术的在线互动式不间断电源在旁路模式下的7个开关触点相比，减少了开关触点的数目，从而减小了回路损耗，提高了此不间断电源效率。在本实施例中，负载正常工作所允许的电压范围为第一阈值到第二阈值之间，可以根据不同负载来定义第一阈值和第二阈值的具体数值，其中第一阈值小于第二阈值。
以下将结合图4和图5详细描述本发明的在线互动式不间断电源的在线模式。
图4是图2所示的在线互动式不间断电源在在线模式下实现升压的等效电路图，为了清楚示出电流回路中的开关触点的数目，图4并未示出充电器25、可充电电池26以及DC/AC逆变器27。当市电的电压幅值小于负载所允许的最小电压（即第一阈值）且大于第三阈值时，控制同步安全开关206处于导通状态；控制第一开关201处于导通状态；使得输入开关203的切换端和端子208连接；使得输出开关204的切换端和端子209连接，控制切换开关205使得第二导电路径24导通；控制第二开关202使得电压调节装置28的输出端211和第二开关202的公共端连接，从而交流输入端21的市电通过电压调节装置28对交流输出端22供电。此时端子208和公共端子207之间的绕组作为自耦变压器29的初级绕组，端子209和端子207之间的绕组为自耦变压器29的次级绕组，在本实施例中，端子208作为自耦变压器29的输入端，端子209为自耦变压器29的输出端，自耦变压器29用于将交流输入端21的市电进行升压后给交流输出端22的负载供电。在本实施例中，第三阈值为使得负载正常工作下自耦变压器29所允许的最小输入电压，其中第三阈值小于第一阈值。
图5是图2所示的在线互动式不间断电源在在线模式下实现降压的等效电路图，其与图4基本相同，区别在于，当市电的电压幅值大于负载所允许的最大电压（即第二阈值）且小于第四阈值时，控制输入开关203的切换端和端子209连接；控制输出开关204的切换端和端子208连接。209和端子207之间的绕组为自耦变压器29的初级绕组，端子208和公共端子207之间的绕组为自耦变压器29的次级绕组，此时端子209作为自耦变压器29的输入端，端子208作为自耦变压器29的输出端，自耦变压器29用于将交流输入端21的市电进行降压后输出至交流输出端22。在本实施例中，第四阈值为使得负载正常工作下自耦变压器29所允许的最大输入电压，其中第四阈值大于第二阈值。
当市电的电压幅值不大于第三阈值时或不小于第四阈值时，说明此时自耦变压器29本身不能通过升压或降压使得负载正常工作，此时控制同步安全开关206处于断开状态，控制切换开关205和第二开关202使得DC/AC逆变器27的输出端连接至交流输出端22，从而通过可充电电池26放电来对交流输出端22的负载进行供电。
本发明中的切换开关205并不限于双刀双掷开关，例如切换开关205的两个切换端可以是非同步切换，在图4和图5所示的等效电路图中，切换开关205只需要确保第二导电路径24导通即可。
在上述实施例中，自耦变压器具有2个绕组，其中端子208即可以作为输入端，也可以作为输出端，同样端子209即可以作为输入端，也可以作为输出端。在本发明的其他实施例中，自耦变压器29还可以是具有多个绕组，从而使得自耦变压器具有多个输入端和多个输出端。自耦变压器还可以是可调压式，在此并不对其予以限制。
在上述的实施例中，为了对本发明的电路结构和工作方式进行清楚说明，图2-图5中并未示出用于给每一个开关提供控制电压的开关电源或线性电源，图2-图5中也没有示出给DC/AC逆变器27提供脉宽调制信号的驱动器，但本领域的技术人员应该清楚如何设置及进行控制。
上述实施例中的充电器25、可充电电池26和DC/AC逆变器27可以采用本领域公知的能够实现其功能的任意电路结构。
虽然本发明已经通过优选实施例进行了描述，然而本发明并非局限于这里所描述的实施例，在不脱离本发明范围的情况下还包括所作出的各种改变以及变化。
Claims (4)
1.一种在线互动式不间断电源，其特征在于，包括：
交流输入端（21），用于提供交流输入；
交流输出端（22），用于提供交流输出；
建立在所述交流输入端（21）和所述交流输出端（22）之间的第一导电路径（23）和第二导电路径（24）；
电压调节装置（28），包括：
自耦变压器（29），包括公共端（207）、多个输入/输出端（208；209），所述公共端（207）连接在所述第二导电路径（24）上；
输入开关（203），所述输入开关的切换端可操作地与所述自耦变压器的多个输入/输出端中的任一个连接，且所述输入开关的公共端作为所述电压调节装置的输入端（210）；
输出开关（204），所述输出开关的切换端可操作地与所述自耦变压器的多个输入/输出端中的任一个连接，且所述输出开关的公共端作为所述电压调节装置的输出端（211）；
第一开关（201），连接在所述电压调节装置（28）的输入端（210）和所述第一导电路径（23）之间；
第二开关（202），用于选择性地使所述电压调节装置（28）的输出端（211）或所述第一导电路径（23）之一连接至所述交流输出端（22）；
可充电电池(26)；
充电器(25)，用于利用所述交流输出端的交流电对所述可充电电池进行充电；
DC/AC逆变器(27)，用于利用所述可充电电池中的直流电对所述交流输出端进行供电；
切换开关（205），当所述交流输入端（21）的电压幅值在第一阈值到第二阈值之间时，所述切换开关（205）用于使得所述第一导电路径（23）和所述第二导电路径（24）分别导通，当所述交流输入端（21）的电压幅值大于第三阈值且小于第一阈值时或大于第二阈值且小于第四阈值时，所述切换开关（205）用于使得所述第二导电路径（24）导通，当所述交流输入端（21）的电压幅值不大于第三阈值或不小于第四阈值时，所述切换开关（205）用于使得所述DC/AC逆变器(27)的输出端连接至所述交流输出端（22），其中第三阈值、第一阈值、第二阈值和第四阈值依次增加；以及
连接在所述交流输入端（21）的同步安全开关(206)，用于断开所述交流输入端(21)的交流电。
2.一种用于权利要求1所述的在线互动式不间断电源的控制方法，其特征在于，当所述交流输入端（21）的电压幅值在第一阈值到第二阈值之间时，控制所述切换开关（205）使得所述第一导电路径（23）和所述第二导电路径（24）分别导通，控制所述第一开关(201)处于断开状态，并且控制所述第二开关(202)使得所述第一导电路径（23）连接至所述交流输出端（22），控制所述同步安全开关(206)处于导通状态，其中第一阈值小于第二阈值。
3.一种用于权利要求1所述的在线互动式不间断电源的控制方法，其特征在于，当所述交流输入端（21）的电压幅值大于第三阈值且小于第一阈值时或大于第二阈值且小于第四阈值时，控制所述切换开关（205）使得所述第二导电路径（24）导通，控制所述第一开关(201)处于导通状态，并且控制所述第二开关(202)使得所述电压调节装置（28）的输出端（211）连接至所述交流输出端（22），控制所述同步安全开关(206)处于导通状态，其中第三阈值、第一阈值、第二阈值和第四阈值依次增加。
4.一种用于权利要求1所述的在线互动式不间断电源的控制方法，其特征在于，当所述交流输入端（21）的电压幅值不大于第三阈值或不小于第四阈值时，控制所述切换开关（205）使得所述DC/AC逆变器(27)的输出端连接至所述交流输出端（22），控制所述第二开关(202)使得所述第一导电路径（23）连接至所述交流输出端（22），控制所述同步安全开关(206)处于断开状态，其中第三阈值小于第四阈值。
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