CN105634108B - 离线式不间断电源 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种离线式不间断电源，属不间断电源领域，解决的技术问题是减小离线式不间断电源的体积和成本，其包括用于提供交流输入的第一输入端和第二输入端；用于提供交流输出的第一输出端和第二输出端；第一安全开关；第二安全开关；可充电电池；充电器，充电器包括第三输入端和第四输入端，第三输入端电连接至第二输出端；DC/DC变换器；滤波器；全桥逆变器，其包括第三输出端和第四输出端，第三输出端电连接至第二输出端；主开关，主开关可选择地使得第一安全开关或第四输出端之一电连接至第一输出端；以及充电开关，充电开关可选择地使得第一安全开关或第四输出端之一电连接至第四输入端。本发明的离线式不间断电源体积小、成本低。

Description

离线式不间断电源

技术领域

本发明涉及不间断电源，具体涉及离线式不间断电源。

背景技术

离线式不间断电源也称非在线式或后备式不间断电源，在市电正常时，市电直接对负载供电且可充电电池处于充电状态；在市电出现故障时，逆变器切换到工作状态，将可充电电池提供的直流电转变为稳定的交流电输出。

图1是现有技术中的一种离线式不间断电源的电路图，离线式不间断电源10包括交流输入端11、交流输出端12、充电器13、可充电电池14、DC/DC变换器15、滤波器18和全桥逆变器16。

交流输入端11包括输入端111、112，用于提供交流电输入。交流输出端12包括输出端121、122，用于给负载提供交流电。在输入端111和输出端121之间依次连接有开关S11、开关S13和开关S15，且在输入端112和输出端122之间依次连接有开关S12和开关S14。

充电器13包括由二极管D1、D2、D3和D4构成的全桥整流电路、电容C2、金氧半场效晶体管T5、变压器Tr和二极管D5，全桥整流电路的输入端构成了充电器13的输入端子131、132，全桥整流电路的输出端连接至电容C2的两端，变压器Tr的一次侧与金氧半场效晶体管T5串联后连接在电容C2的两端，变压器Tr的二次侧与二极管D5串联后的两端作为充电器13的输出端。充电器13的两个输入端子131、132分别与开关S17和开关S16连接，充电器13的输出端与可充电电池14的两端连接。开关S16、S17可选择地使得充电器13的输入端连接至交流输入端11或通过开关S15连接至交流输出端12。其中本领域的技术人员可知，为了符合安全用电规范的要求，不间断电源10在不通市电且不工作情况下，开关S16和S17与交流输入端11之间断开。

DC/DC变换器15的输入端连接至可充电电池14的两端。滤波器18为LC滤波器，其包括电感L1和电容C1。DC/DC变换器15的输出端电连接至电感L1的一端和接地端G之间。全桥逆变器16包括金氧半场效晶体管T1、T2、T3和T4以及输出端子161、162。全桥逆变器16的输入端电连接至电容C1的两端。其中开关S13和S14可选择地使得交流输入端11(开关S11、S12导通时)或全桥逆变器16的输出端之一电连接至交流输出端12。全桥逆变器16和充电器13具有相同的接地端G。

为了保证现有的离线式不间断电源10安全用电，开关S11和开关S12必须采用安规继电器。在可充电电池14的放电过程中，如果开关S16、S17的间隙不够大则容易导致交流输入端11带电，因此开关S16、S17也应该采用安规继电器。

在可充电电池14无电且市电正常时，可以通过开关控制装置将市电提供的交流电转换为所需的直流电以控制开关S16和S17，使得充电器13的输入端子131、132分别连接至输入端112、111，从而实现离线式不间断电源10的启动。

如果开关S16和S17省掉(即充电器13的输入端子132通过导线直接连接至开关S13和开关S15之间，输入端子131通过导线直接连接至输出端122)，则离线式不间断电源10在可充电电池14无电且市电正常时无法正常启动。如果开关S15省掉(即开关S15被替换为导线)，当交流输出端12连接有负载时，离线式不间断电源10在电池模式下无法稳定启动。如果开关S13和开关S14都省掉，则无法实现市电供电和可充电电池14供电两者之间的转换。另外，开关S13和开关S14中任一个省掉都可能导致全桥逆变器16中的开关管损坏。例如，如果开关S14采用导线替换使得全桥逆变器16的输出端子161直接电连接至输出端122，当市电对负载供电时，在市电的负半周期，二极管D2、开关S16、输入端111、输入端112、开关S12、金氧半场效晶体管T4共同形成了一个导电通路，交流输入端11提供的电压施加在金氧半场效晶体管T4的源漏极之间，容易导致金氧半场效晶体管T4损坏。因此现有技术中的离线式不间断电源10必须采用开关S11～S17共7个开关，且开关S11、S12、S16和S17必须采用安规开关或安规继电器。

如何同时保证安全用电，可充电电池无电且市电正常时的启动以及电池模式(即可充电电池供电)下稳定启动，并减少离线式不间断电源10的成本是目前亟待解决的技术问题。

发明内容

针对上述问题，本发明的一个实施例提供了一种离线式不间断电源，包括：

用于提供交流输入的第一输入端和第二输入端；

用于提供交流输出的第一输出端和第二输出端；

电连接在所述第一输入端和第一输出端之间的第一安全开关；

电连接在所述第二输入端和第二输出端之间的第二安全开关；

可充电电池；

充电器，适于根据交流输入提供直流输出，所述充电器包括第三输入端、第四输入端和充电器输出端，所述第三输入端电连接至所述第二输出端，所述充电器输出端与所述可充电电池的两端电连接；

DC/DC变换器，所述DC/DC变换器的输入端与所述可充电电池的两端电连接；

全桥逆变器，所述全桥逆变器包括第三输出端、第四输出端和逆变器输入端，所述第三输出端电连接至所述第二输出端；

电连接在所述DC/DC变换器的输出端与所述逆变器输入端之间的滤波器；

主开关，所述主开关可选择地使得所述第一安全开关或所述第四输出端之一电连接至所述第一输出端；以及

充电开关，所述充电开关可选择地使得所述第一安全开关或所述第四输出端之一电连接至所述第四输入端。

优选的，所述全桥逆变器的接地端的电位与所述充电器的接地端的电位不相等。

优选的，当所述第一输入端和第二输入端提供的交流电正常时，所述第一安全开关和第二安全开关处于导通状态，所述主开关和充电开关使得所述第一安全开关分别电连接至所述第一输出端和所述第四输入端，所述充电器以脉宽调制方式工作对所述可充电电池进行充电。

优选的，当所述第一输入端和第二输入端提供的交流电异常时，所述第一安全开关和第二安全开关处于断开状态，所述主开关和所述充电开关使得所述第四输出端分别电连接至所述第一输出端和所述第四输入端。

优选的，所述第一安全开关和第二安全开关的安全等级高于所述主开关和充电开关的安全等级。

本发明的一个实施例提供了上述离线式不间断电源的启动方法，当采用所述离线式不间断电源中的可充电电池供电时，包括下列步骤：

1)控制所述主开关使得所述第一安全开关电连接至所述第一输出端，且控制所述充电开关使得所述第四输出端电连接至所述第四输入端；

2)控制所述充电器、DC/DC变换器和全桥逆变器工作；

3)控制所述主开关使得所述第四输出端电连接至所述第一输出端。

本发明的另一个实施例提供了上述离线式不间断电源的启动方法，当所述可充电电池无电且所述第一输入端和第二输入端提供的交流电正常时，包括下列步骤：

1)控制所述第一安全开关和第二安全开关处于导通状态；

2)控制所述充电器以脉宽调制方式工作；

3)控制所述主开关使得所述第一安全开关电连接至所述第一输出端。

本发明的一个实施例提供了上述离线式不间断电源的控制方法，当所述第一输入端和第二输入端提供的交流电由正常变为异常时，控制所述主开关使得所述第四输出端电连接至所述第一输出端，控制所述充电开关使得所述第四输出端电连接至所述第四输入端，控制所述第一安全开关和第二安全开关断开，并控制所述充电器、DC/DC变换器和全桥逆变器工作从而输出所需的交流电。

本发明的另一个实施例提供了上述离线式不间断电源的控制方法，当所述第一输入端和第二输入端提供的交流电由异常变为正常时，包括下列步骤：

1)控制所述第一安全开关和第二安全开关导通；

2)控制所述主开关使得所述第一安全开关电连接至所述第一输出端；

3)控制所述充电开关使得所述第一安全开关电连接至所述第四输入端；

4)使得所述DC/DC变换器和全桥逆变器停止工作，控制所述充电器以脉宽调制方式工作从而对所述可充电电池进行充电。

本发明的离线式不间断电源减少了3个开关，且与充电器的一个输入端子相连接的开关可以采用普通开关，从而减少了成本和体积。同时实现了安全用电，可充电电池无电且市电正常时的启动以及电池模式下稳定启动。

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是现有技术中的一种离线式不间断电源的电路图。

图2是根据本发明较佳实施例的离线式不间断电源的电路图。

图3是图2所示的离线式不间断电源在市电正常时的等效电路图。

图4是图2所示的离线式不间断电源在市电异常时的等效电路图。

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。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是根据本发明较佳实施例的离线式不间断电源20的电路图。其与图1基本相同，区别在于，减少了开关S14、S15、S17，并且充电器13的输入端子131和全桥逆变器16的输出端子161都与输出端122电连接，开关S13的两个切换端分别与开关S26的两个切换端电连接，开关S26的公共端连接至充电器13的输入端132，因而开关S26可选择地使得全桥逆变器16的输出端子162或开关S11之一电连接至充电器13的输入端子132，另外全桥逆变器16的接地端G2与充电器的接地端G1的电位不同。

图3是图2所示的离线式不间断电源在市电正常时的等效电路图。当交流输入端11的市电正常(即在负载所需要的电压范围内)时，开关S11、S12处于闭合状态(导通状态)，开关S13使得开关S11电连接至输出端121，开关S26使得开关S11电连接至充电器13的输入端子132。此时交流输入端11对交流输出端12和充电器13进行供电。DC/DC变换器15和全桥逆变器16停止工作(图3未示出)，控制充电器13以脉宽调制方式工作从而使得可充电电池14处于充电状态。

图4是图2所示的离线式不间断电源在市电异常时的等效电路图。当市电异常时(即不在负载所需要的电压范围内)，开关S11、S12处于断开状态(图4未示出)，开关S13使得全桥逆变器16的输出端子162电连接至输出端121，且开关S26使得全桥逆变器16的输出端子162电连接至充电器13的输入端子132。在可充电电池14放电过程中，通过可充电电池14提供的电源供应，本领域技术人员可知如何控制DC/DC变换器15、全桥逆变器16和充电器13的工作方式，从而将可充电电池14的直流电转换为所需的交流电并输出至交流输出端12。

在可充电电池14放电过程中，由于开关S11和S12(参见图2)处于断开状态，即使开关S26为普通继电器，也不会因为开关S26爬电导致交流输入端11带电，因此可以采用普通继电器S26代替图1所示的安规继电器S16，从而节省了成本。

以下将参考附图2和图3介绍离线式不间断电源20在市电供电模式和可充电电池14供电模式之间转换的控制过程。当市电由正常变为异常时(即由市电供电转为可充电电池14供电)，控制开关S13使得全桥逆变器16的输出端子162电连接至输出端121，且控制开关S26使得充电器13的输入端子电连接至全桥逆变器16的输出端子162。控制开关S11、S12断开，并控制DC/DC变换器15、全桥逆变器16和充电器13工作从而输出所需的交流电。当市电由异常变成正常时(即由可充电电池14供电转为市电供电)，首先控制开关S11、S12导通，之后控制开关S13使得开关S11电连接至输出端121，在控制开关S13的同时或延迟一段时间后控制开关S26使得开关S11电连接至充电器13的输入端子132。DC/DC变换器15和全桥逆变器16停止工作，控制充电器13以脉宽调制方式工作从而对可充电电池14进行充电。

如图2和3所示，由于全桥逆变器16的接地端G2与充电器的接地端G1的电位不同，因此能有效避免全桥逆变器16损坏。例如，在市电的负半周期内，二极管D2、开关S26、开关S11、交流输入端11、开关S12和金氧半场效晶体管T4不会形成导电回路，从而避免金氧半场效晶体管T4损坏。

下面将结合图2说明离线式不间断电源20在电池模式(即可充电电池供电)下的启动过程。通过可充电电池14提供的电源供应，首先控制开关S13使得全桥逆变器16的输出端子162与输出端121断开(即使得开关S11电连接至输出端121)，且控制开关S26使得充电器13的输入端子132电连接至全桥逆变器16的输出端子162，之后控制DC/DC变换器15、全桥逆变器16和充电器13工作，为了避免离线式不间断电源20的交流输出端12连接有负载的情况下出现自激震荡，使得全桥逆变器16输出电压的峰值逐渐升高。当全桥逆变器16的输出电压为负载所需的交流电压时，控制开关S13使得全桥逆变器16的输出端子162电连接至输出端121从而给负载供电。从而实现了稳定启动。在上述控制过程中，离线式不间断电源20中的开关S13和离线式不间断电源10中的开关S15具有大致相同的功能。

下面将结合图2说明离线式不间断电源20在可充电电池14无电(即不能提供电源供应)且市电正常的情况下的启动过程。开关S11、S12闭合，此时充电器13的输入端子132通过开关S26、开关S11电连接至输入端111，且充电器13的输入端子131通过开关S12电连接至输入端子112。控制充电器13以脉宽调制方式工作从而获得电源供应，最后根据获得的电源供应控制开关S13使得开关S11电连接至输出端121，从而实现离线式不间断电源20的启动。在上述启动过程中，离线式不间断电源20可以是通过开关控制装置将市电提供的交流电转换为所需的直流电以控制开关S11和S12闭合，在此并不予以限制。

本发明的离线式不间断电源20相对于现有的离线式不间断电源10减少了3个开关，另外开关S26可以采用价格低廉或安全等级低的普通开关，从而减少了成本和体积。同时实现了安全用电，可充电电池无电且市电正常时的启动以及电池模式(即可充电电池供电)下稳定启动。

在本发明的其他实施例中，电容C1可以连接至全桥逆变器16的输出端。在其他的实施例中，离线式不间断电源20可以不具有电感L1。

上述实施例中的充电器13、DC/DC变换器15可以分别采用现有的离线式不间断电源中的充电器和DC/DC变换器。例如充电器还可以是正激式、半桥式等，DC/DC变换器可以是推挽电路、全桥DC/DC电路、半桥DC/DC电路或正激电路等。

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 (9)

1.一种离线式不间断电源，其特征在于，包括：

用于提供交流输入的第一输入端(111)和第二输入端(112)；

用于提供交流输出的第一输出端(121)和第二输出端(122)；

电连接在所述第一输入端(111)和第一输出端(121)之间的第一安全开关(S11)；

电连接在所述第二输入端(112)和第二输出端(122)之间的第二安全开关(S12)；

可充电电池(14)；

充电器(13)，适于根据交流输入提供直流输出，所述充电器(13)包括第三输入端(131)、第四输入端(132)和充电器输出端，所述第三输入端(131)电连接至所述第二输出端(122)，所述充电器输出端与所述可充电电池(14)的两端电连接；

DC/DC变换器(15)，所述DC/DC变换器(15)的输入端与所述可充电电池(14)的两端电连接；

全桥逆变器(16)，所述全桥逆变器(16)包括第三输出端(161)、第四输出端(162)和逆变器输入端，所述第三输出端(161)电连接至所述第二输出端(122)；

电连接在所述DC/DC变换器(15)的输出端与所述逆变器输入端之间的滤波器(18)；

主开关(S13)，所述主开关(S13)可选择地使得所述第一安全开关(S11)或所述第四输出端(162)之一电连接至所述第一输出端(121)；以及

充电开关(S26)，所述充电开关(S26)可选择地使得所述第一安全开关(S11)或所述第四输出端(162)之一电连接至所述第四输入端(132)。

2.根据权利要求1所述的离线式不间断电源，其特征在于，所述全桥逆变器(16)的接地端(G2)的电位与所述充电器(13)的接地端(G1)的电位不相等。

3.根据权利要求1或2所述的离线式不间断电源，其特征在于，当所述第一输入端(111)和第二输入端(112)提供的交流电正常时，所述第一安全开关(S11)和第二安全开关(S12)处于导通状态，所述主开关(S13)和充电开关(S26)使得所述第一安全开关(S11)分别电连接至所述第一输出端(121)和所述第四输入端(132)，所述充电器(13)以脉宽调制方式工作对所述可充电电池(14)进行充电。

4.根据权利要求1或2所述的离线式不间断电源，其特征在于，当所述第一输入端(111)和第二输入端(112)提供的交流电异常时，所述第一安全开关(S11)和第二安全开关(S12)处于断开状态，所述主开关(S13)和所述充电开关(S26)使得所述第四输出端(162)分别电连接至所述第一输出端(121)和所述第四输入端(132)。

5.根据权利要求1或2所述的离线式不间断电源，其特征在于，所述第一安全开关(S11)和第二安全开关(S12)的安全等级高于所述主开关(S13)和充电开关(S26)的安全等级。

6.一种用于权利要求1至5中任一项所述的离线式不间断电源的启动方法，当采用所述离线式不间断电源中的可充电电池供电时，其特征在于，包括下列步骤：

1)控制所述主开关(S13)使得所述第一安全开关(S11)电连接至所述第一输出端(121)，且控制所述充电开关(S26)使得所述第四输出端(162)电连接至所述第四输入端(132)；

2)控制所述充电器(13)、DC/DC变换器(15)和全桥逆变器(16)工作；

3)控制所述主开关(S13)使得所述第四输出端(162)电连接至所述第一输出端(121)。

7.一种用于权利要求1至5中任一项所述的离线式不间断电源的启动方法，当所述可充电电池无电且所述第一输入端(111)和第二输入端(112)提供的交流电正常时，其特征在于，包括下列步骤：

1)控制所述第一安全开关(S11)和第二安全开关(S12)处于导通状态；

2)控制所述充电器(13)以脉宽调制方式工作；

3)控制所述主开关(S13)使得所述第一安全开关(S11)电连接至所述第一输出端(121)。

8.一种用于权利要求1至5中任一项所述的离线式不间断电源的控制方法，当所述第一输入端(111)和第二输入端(112)提供的交流电由正常变为异常时，其特征在于，控制所述主开关(S13)使得所述第四输出端(162)电连接至所述第一输出端(121)，控制所述充电开关(S26)使得所述第四输出端(162)电连接至所述第四输入端(132)，控制所述第一安全开关(S11)和第二安全开关(S12)断开，并控制所述充电器(13)、DC/DC变换器(15)和全桥逆变器(16)工作从而输出所需的交流电。

9.一种用于权利要求1至5中任一项所述的离线式不间断电源的控制方法，当所述第一输入端(111)和第二输入端(112)提供的交流电由异常变为正常时，其特征在于，包括下列步骤：

1)控制所述第一安全开关(S11)和第二安全开关(S12)导通；

2)控制所述主开关(S13)使得所述第一安全开关(S11)电连接至所述第一输出端(121)；

3)控制所述充电开关(S26)使得所述第一安全开关(S11)电连接至所述第四输入端(132)；

4)使得所述DC/DC变换器(15)和全桥逆变器(16)停止工作，控制所述充电器(13)以脉宽调制方式工作从而对所述可充电电池(14)进行充电。

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