CN105743358B - 一种后备式不间断变频电源 - Google Patents

一种后备式不间断变频电源 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种后备式不间断变频电源，涉及电源技术领域，该电源包括隔离变压器、继电器切换电路、SG3525升压电路、蓄电池与MK60控制系统，结合后备式不间断电源与变频电源的特点，使得电源在市电断电情况下依旧能正常工作，通过内置单片机控制系统使得电源输出的电压幅值与频率可调，本发明可以实时电源输出电压的远程监控与在线调试，同时具有后备式不间断电源与变频电源的优点，具有很好的市场前景。

Description

一种后备式不间断变频电源
技术领域
本发明涉及电源技术领域，特别涉及一种后备式不间断变频电源。
背景技术
后备式不间断电源是一种在市电停电的情况下，能为用电设备提供持续的稳压稳频的交流电输出的电源装置，其主要应用于医院、工厂、办公楼等场合的应急电源，对保护用户的生命财产起着十分重要的作用。变频电源是由整个电路构成交流—直流—交流—滤波的变频装置，其不仅能模拟输出不同国家的电网指标，而且也为出口电器厂商在设计开发、生产、检测等应用中提供纯净可靠的、低谐波失真的、高稳定的电压和频率的正弦波电源输出。变频电源是非常接近于理想的交流电源，可以输出任何国家的电网电压和频率，其广泛应用于电机调速领域。
发明内容
根据以上现有技术的不足，本发明所要解决的技术问题是提出一种后备式不间断变频电源，将后备式不间断电源和变频电源进行整合提出一种后备式不间断变频电源，这样就使得本发明同时具有这两种电源的优点，同时我们通过在电源电路中引入数字控制使得电源的输出电压幅值和频率可调；通过单片机外接以太网模块可以实现对本发明的远程监控与在线调试。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种后备式不间断变频电源，其特征在于，该包括隔离变压器、继电器切换电路、SG3525升压电路、蓄电池与MK60控制系统，所述隔离变压器接入市电，所述与隔离变压器连接的整流滤波电路分别与TL494充电电路和继电器切换电路连接，所述继电器切换电路与SG3525升压电路相连接，所述SG3525升压电路连接有EG8010驱动逆变电路，所述EG8010驱动逆变电路直接驱动负载工作，所述TL494充电电路分别与MK60控制系统和蓄电池连接。所述隔离变压器由初级线圈、次级线圈甲、次级线圈乙组成，所述初级线圈接入市电，所述次级线圈甲与继电器切换电路相连接，所述次级线圈乙连接有整流滤波电路，所述MK60控制系统包括MK60单片机、分别与MK60单片机连接的液晶显示器、温度传感器和以太网通信模块，所述MK60控制系统与TL494充电电路相连接，所述MK60控制系统与EG8010驱动逆变电路相连接所述MK60控制系统连接有霍尔电流传感器，所述霍尔电流传感器接入EG8010驱动逆变电路电压输出端。所述TL494充电电路与蓄电池相连接给其充电，所述蓄电池与继电器切换电路相连接，所述继电器切换电路与MK60控制系统相连接，所述MK60控制系统发出控制信号控制继电器切换电路工作，继电器切换电路具有断开主回路、接通蓄电池与SG3525升压电路、接通隔离变压器次级线圈甲与SG3525升压电路这三种工作状态。所述隔离变压器次级线圈乙的输出端连接有电源断电监测模块，所述电源断电监测模块由AD转换器、稳压二极管D1与分压电阻R1、R2组成，所述分压电阻R1、R2串联接地，且分压电阻R1一端接入隔离变压器次级线圈乙，所述稳压二极管D1并接于分压电阻R2两端，其正极端接地，所述AD转换器与D1负极端相连接，对采集到的电压进行模数转换后将数据传输给MK60控制系统。所述继电器切换电路由第一级继电器K1、第二级继电器K2与三个开关继电器SW1、SW2、SW3组成，继电器未通电时的状态为S1、通电后继电器动作切换的状态为S2，所述三个开关继电器分别与离变压器次级线圈甲、整流滤波电路、蓄电池相连接，且其连接方式为当三个开关继电器处于状态S1时，三个开关继电器接入器件的管脚与其输出端管脚之间断路，所述第一级继电器K1的两个输入管脚分别与SW1、SW2的输出引脚相连接，所述第二级继电器K2的两个输入管脚分别与SW3、K1的输出管脚相连接，所述第二继电器K2的输出管脚与SG3525升压电路相连接。所述SG3525升压电路由电压型控制芯片SG3525搭建的Boost电路组成，包括SG3525PWM发生电路、两个并联MOS管组、升压高频变压器与继电器KS，所述继电器KS与MK60控制系统和继电器切换电路相连接，MK60控制系统发出控制信号控制其动作切换从而导通或断开与继电器切换电路的连接，所述SG3525PWM发生电路与MK60控制系统相连接，且其连接有图腾柱电路，所述图腾柱电路的两个输出端分别与两个并联MOS管组的栅极相连接，所述升压高频变压器的初级线圈与继电器KS相连接、以及与两个并联MOS管组的漏极相连接，所述升压高频变压器的次级线圈连接有整流滤波器，所述整流滤波器与EG8010驱动逆变电路相连接，且其输出端与SG3525PWM发生电路相连接，SG3525PWM发生电路从整流滤波器输出端接入反馈电压信号在MK60控制系统输出的控制信号共同作用下调整PWM输出的幅值。所述TL494充电电路是由电压型控制芯片TL494搭建的Buck电路组成，其与MK60控制系统相连接，整个充电电路的电压输出值是由Buck电路的电压反馈信号与MK60控制系统输出的控制信号共同作用。所述EG8010驱动逆变电路包括EG8010SPWM产生电路、IR2110全桥驱动电路、功率MOS管全桥电路与LC滤波单元，所述EG8010SPWM发生电路产生两路SPWM输入IR2110全桥驱动电路，IR2110全桥驱动电路对SPWM进行功率放大后驱动功率MOS管全桥电路工作，所述功率MOS管全桥电路与SG3525升压电路的整流滤波器相连接，且其与LC滤波单元相连接，所述LC滤波单元由功率电感与金属化聚丙烯电容器组成，其滤除逆变波形中的谐波输出给负载，所述LC滤波单元输出端连接有采样电路与电压检测模块，EG8010SPWM发生电路由采样电路从输出端采集回的电压反馈信号调整SPWM输出的频率与幅值，所述电压检测模块检测输出端电压值将其转换成数字信号传输给MK60控制系统。
本发明有益效果是:本发明结合后备式不间断电源与变频电源的特点，使得电源在市电断电情况下依旧能正常工作，同时通过内置单片机控制系统使得电源输出的电压幅值与频率可调，本电源能输出交流有效值为36V～220V、频率为0～400HZ范围的交流电压，足够宽的幅值与频率输出范围使得本发明能够适用绝大数国家的应用市场以及各种不同的设备应用需求，通过单片机控制系统采用数字控制的方式来调整输出电压，数字控制不仅使得电源输出设置更加方便而且能够提高电源输出电压的精度，单片机控制系统可以灵活地添加多种外设来采集电源的相关工作参数，这里我们添加液晶显示器来显示采集到的参数，同时我们设置的以太网模块为需要远程监控与在线调试电源输出的用户提供简单快捷的方案。
附图说明
下面对本说明书附图所表达的内容及图中的标记作简要说明：
图1是本发明的具体实施方式的系统原理框图。
图2是本发明的具体实施方式的SG3525升压电路原理框图。
图3是本发明的具体实施方式的TL494充电电路的电路拓扑结构图。
图4是本发明的具体实施方式的EG8010驱动逆变电路原理框图。
图5是本发明的具体实施方式的继电器切换电路原理框图。
图6是本发明的具体实施方式的电源断电监测模块原理框图。
图7是本发明的具体实施方式的SG3525PWM发生电路原理图。
图8是本发明的具体实施方式的图腾柱电路原理图。
图9是本发明的具体实施方式的功率MOS管全桥电路原理图。
其中：1、隔离变压器；2、整流滤波电路；3、继电器切换电路；4、SG3525升压电路；5、EG8010驱动逆变电路；6、负载；7、TL494充电电路；8、蓄电池；9、MK60控制系统；10、霍尔电流传感器；11、液晶显示器；12、温度传感器；13、以太网通信模块；14、电源断电监测模块；15、AD转换器；301、第一级继电器K1；302、第二级继电器K2；303、开关继电器SW1；304、开关继电器SW2；305、开关继电器SW3；401、SG3525PWM发生电路；402、图腾柱电路；403、并联MOS管组；404、升压高频变压器；405、整流滤波器；501、EG8010SPWM产生电路；502、IR2110全桥驱动电路；503、功率MOS管全桥电路；504、LC滤波单元；505、采样电路；506、电压检测模块。
具体实施方式
下面对照附图，通过对实施例的描述，本发明的具体实施方式如所涉及的各构件的形状、构造、各部分之间的相互位置及连接关系、各部分的作用及工作原理、制造工艺及操作使用方法等，作进一步详细的说明，以帮助本领域技术人员对本发明的发明构思、技术方案有更完整、准确和深入的理解。
如图1至图9所示，本发明所述的包括一种后备式不间断变频电源，其特征在于，包括隔离变压器、继电器切换电路、SG3525升压电路、蓄电池与MK60控制系统，所述隔离变压器由初级线圈、次级线圈甲、次级线圈乙组成，所述初级线圈接入市电，所述次级线圈甲与继电器切换电路相连接，所述次级线圈乙连接有整流滤波电路，所述整流滤波电路连接有TL494充电电路，且其与继电器切换电路相连接，所述继电器切换电路与SG3525升压电路相连接，所述SG3525升压电路连接有EG8010驱动逆变电路，所述EG8010驱动逆变电路直接驱动负载工作。
进一步地，所述MK60控制系统由MK60单片机与其外围电路组成，其连接有液晶显示器、温度传感器、以太网通信模块，所述MK60控制系统与TL494充电电路相连接，其控制TL494充电电路的工作状态以及采集TL494充电电路工作时的相关数据信息；所述MK60控制系统与EG8010驱动逆变电路相连接，其控制EG8010驱动逆变电路输出电压的频率；所述MK60控制系统连接有霍尔电流传感器，所述霍尔电流传感器接入EG8010驱动逆变电路电压输出端。
所述TL494充电电路与蓄电池相连接给其充电，所述蓄电池与继电器切换电路相连接，所述继电器切换电路与MK60控制系统相连接，所述MK60控制系统发出控制信号控制继电器切换电路工作，继电器切换电路在控制信号的作用下在断开主回路、接通蓄电池与SG3525升压电路、接通隔离变压器次级线圈与SG3525升压电路这三种状态下工作，所述蓄电池采用额定电压为12V的铅蓄电池。
所述隔离变压器次级线圈乙的输出端连接有电源断电监测模块，所述电源断电监测模块由AD转换器、稳压二极管D1与分压电阻R1、R2组成，所述分压电阻R1、R2串联接地，且从分压电阻R1一端接入隔离变压器次级线圈乙，所述稳压二极管D1并接于分压电阻R2两端，其正极端接地，所述AD转换器与D1负极端相连接，其对采集到的电压进行模数转换后将相关数据传输给MK60控制系统。
所述继电器切换电路由第一级继电器K1、第二级继电器K2与三个开关继电器SW1、SW2、SW3组成，记上述继电器未通电时的状态为S1、通电后继电器动作切换的状态为S2，所述三个开关继电器分别与离变压器次级线圈乙、整流滤波电路、蓄电池相连接，且其连接方式为当三个开关继电器处于状态S1时，三个开关继电器接入器件的管脚与其输出端管脚之间断路，所述第一级继电器K1的两个输入管脚分别与SW1、SW2的输出引脚相连接，所述第二级继电器K2的两个输入管脚分别与SW3、K1的输出管脚相连接，所述第二继电器K2的输出管脚与SG3525升压电路相连接。
所述SG3525升压电路由电压型控制芯片SG3525搭建的Boost电路组成，其包括SG3525PWM发生电路、两个并联MOS管组、升压高频变压器与继电器KS，所述继电器KS与MK60控制系统和继电器切换电路相连接，MK60控制系统发出控制信号控制其动作切换从而接入或断开与继电器切换电路的连接，所述SG3525PWM发生电路与MK60控制系统相连接，且其连接有图腾柱电路，所述图腾柱电路的两个输出端分别与两个并联MOS管组的栅极相连接，所述升压高频变压器的初级线圈与继电器KS相连接、以及与两个并联MOS管组的漏极相连接，所述升压高频变压器的次级线圈连接有整流滤波器，所述整流滤波器与EG8010驱动逆变电路相连接，且其输出端与SG3525PWM发生电路相连接，SG3525PWM发生电路从整流滤波器输出端接入反馈电压信号在MK60控制系统输出的控制信号共同作用下调整PWM输出的幅值。
所述的TL494充电电路是由电压型控制芯片搭建的Buck电路组成，其与MK60控制系统相连接，整个充电电路的电压输出值是由Buck电路的电压反馈信号与MK60控制系统输出的控制信号共同作用的结果。
所述EG8010驱动逆变电路包括EG8010SPWM发生电路、IR2110全桥驱动电路、功率MOS管全桥电路与LC滤波单元，所述EG8010SPWM发生电路产生两路SPWM输入IR2110全桥驱动电路，IR2110全桥驱动电路对SPWM进行功率放大后驱动功率MOS管全桥电路工作，所述功率MOS管全桥电路与SG3525升压电路的整流滤波器相连接，且其与LC滤波单元，所述LC滤波单元由功率电感与金属化聚丙烯电容器组成，其滤除逆变波形中的谐波输出给负载，所述LC滤波单元输出端连接有采样电路与电压检测模块，EG8010SPWM发生电路由采样电路从输出端采集回的电压反馈信号调整SPWM输出的频率与幅值，所述电压检测模块检测输出端电压值将其转换成数字信号传输给MK60控制系统。
本发明的工作原理为：本发明由TL494组成的降压电路与SG3525组成的升压电路组成，通过继电器切换电路来配置不同的工作模式，当市电供应正常时，TL494充电电路不工作，此时继电器切换电路接通隔离变压器次级线圈与SG3525升压电路，市电经隔离变压器降压后接入SG3525升压电路，SG3525升压电路的输出受MK60控制系统控制，其输出范围为36V～220V，所以最低输出电压不能低于36V，SG3525升压电路输出的电压接入EG8010驱动逆变电路的功率MOS管全桥电路，EG8010SPWM发生电路产生SPWM经IR2110全桥驱动电路进行功率放大后输出到功率MOS管全桥电路控制MOS管的通断，从而使直流电压逆变成交流电压，逆变后的交流电压有许多谐波需要通过LC滤波单元滤除，控制EG8010驱动逆变电路输出端电压的幅值可以通过单片机改变其反馈电路的电阻实现；控制EG8010驱动逆变电路输出端电压的频率是通过改变EG8010SPWM发生电路外围频率配置电阻的阻值实现的，像这种要通过单片机来改变阻值的电阻我们可以使用数字电位器来实现，当市电断电时我们通过电源断电监测模块可以检测到，市电正常供应时电源断电监测模块的AD转换器总能得到相关的数据值，MK60控制系统通过提取AD转换器的数据值就能判断市电是否被断，市电断电后需要使继电器切换电路工作，使其接通蓄电池与SG3525升压电路，此时SG3525升压电路将蓄电池作为电源其工作原理与上述相同，当市电恢复供电后继电器切换电路断开蓄电池与SG3525升压电路的连接，其恢复隔离变压器次级线圈甲与SG3525升压电路之间的连接，电源正常工作。
继电器切换电路由两级继电器与三个开关继电器组成，三个开关继电器做开关用，其断开或导通变压器次级线圈甲、整流滤波电路、蓄电池与SG3525升压电路的连接，这样MK60控制系统就能控制上述三条支路的通断，当电源工作异常时，MK60控制系统可以通过断开三条支路以保护整个电源。
若霍尔电流传感器检测到EG8010驱动逆变电路输出端电流异常时，其将相关数据反馈给MK60控制系统，MK60控制系统根据运算后作出判断以断开整个电源电路，断开整个电源电路是通过继电器切换电路切换成断开主回路模式，继电器切换电路的两级继电器可以满足四种模式的切换方式。
MK60控制系统连接的液晶显示器用于显示系统采集的数据；温度传感器用于采集电源工作环境温度，防止因温度过高导致电源电路系统出现故障；以太网模块用于MK60控制系统与远程控制端进行数据通信，远程控制人员就可以通过发送相关命令控制电源的输出电压，同样电源的工作参数也可以被远程控制人员得知，这样电源就能实现实时在线调试与监控。
上面结合附图对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围应该以权利要求书所限定的保护范围为准。

Claims (7)

1.一种后备式不间断变频电源，其特征在于，包括隔离变压器、继电器切换电路、SG3525升压电路、蓄电池与MK60控制系统，所述隔离变压器接入市电，隔离变压器由初级线圈、次级线圈甲、次级线圈乙组成，所述初级线圈接入市电，所述次级线圈甲与继电器切换电路相连接，所述次级线圈乙连接有整流滤波电路，所述的整流滤波电路分别与TL494充电电路和继电器切换电路连接，所述继电器切换电路与SG3525升压电路相连接，所述SG3525升压电路连接有EG8010驱动逆变电路，所述EG8010驱动逆变电路直接驱动负载工作，所述MK60控制系统包括MK60单片机、分别与MK60单片机连接的液晶显示器、温度传感器和以太网通信模块，所述MK60控制系统与TL494充电电路相连接，所述MK60控制系统与EG8010驱动逆变电路相连接，所述MK60控制系统连接有霍尔电流传感器，所述霍尔电流传感器接入EG8010驱动逆变电路电压输出端。
2.根据权利要求1所述的一种后备式不间断变频电源，其特征在于，所述TL494充电电路与蓄电池相连接给其充电，所述蓄电池与继电器切换电路相连接，所述继电器切换电路与MK60控制系统相连接，所述MK60控制系统发出控制信号控制继电器切换电路工作，继电器切换电路具有断开主回路、接通蓄电池与SG3525升压电路、接通隔离变压器次级线圈甲与SG3525升压电路这三种工作状态。
3.根据权利要求1所述的一种后备式不间断变频电源，其特征在于，所述隔离变压器次级线圈乙的输出端连接有电源断电监测模块，所述电源断电监测模块由AD转换器、稳压二极管D1与分压电阻R1, R2组成，所述分压电阻R1, R2串联接地，且分压电阻R1一端接入隔离变压器次级线圈乙，所述稳压二极管D1并接于分压电阻R2两端，其正极端接地，所述AD转换器与D1负极端相连接，对采集到的电压进行模数转换后将数据传输给MK60控制系统。
4.根据权利要求1所述的一种后备式不间断变频电源，其特征在于，所述继电器切换电路由第一级继电器K1、第二级继电器K2与三个开关继电器SW1,SW2, SW3组成，继电器未通电时的状态为S1、通电后继电器动作切换的状态为S2，所述三个开关继电器分别与隔离变压器次级线圈甲、整流滤波电路、蓄电池相连接，且其连接方式为当三个开关继电器处于状态S1时，三个开关继电器接入器件的管脚与其输出端管脚之间断路，所述第一级继电器K1的两个输入管脚分别与SW1, SW2的输出管脚相连接，所述第二级继电器K2的两个输入管脚分别与SW3, K1的输出管脚相连接，所述第二级继电器K2的输出管脚与SG3525升压电路相连接。
5.根据权利要求1所述的一种后备式不间断变频电源，其特征在于，所述SG3525升压电路由电压型控制芯片SG3525搭建的Boost电路组成，包括SG3525PWM发生电路、两个并联MOS管组、升压高频变压器与继电器KS，所述继电器KS与MK60控制系统和继电器切换电路相连接，MK60控制系统发出控制信号控制其动作切换从而导通或断开与继电器切换电路的连接，所述SG3525 PWM发生电路与MK60控制系统相连接，且其连接有图腾柱电路，所述图腾柱电路的两个输出端分别与两个并联MOS管组的栅极相连接，所述升压高频变压器的初级线圈与继电器KS相连接、以及与两个并联MOS管组的漏极相连接，所述升压高频变压器的次级线圈连接有整流滤波器，所述整流滤波器与EG8010驱动逆变电路相连接，且其输出端与SG3525 PWM发生电路相连接，SG3525 PWM发生电路从整流滤波器输出端接入反馈电压信号在MK60控制系统输出的控制信号共同作用下调整PWM输出的幅值。
6.根据权利要求1所述的一种后备式不间断变频电源，其特征在于，所述TL494充电电路是由电压型控制芯片TL494搭建的Buck电路组成，其与MK60控制系统相连接，整个充电电路的电压输出值是由Buck电路的电压反馈信号与MK60控制系统输出的控制信号共同作用。
7.根据权利要求1所述的一种后备式不间断变频电源，其特征在于，所述EG8010驱动逆变电路包括EG8010 SPWM产生电路、IR2110全桥驱动电路、功率MOS管全桥电路与LC滤波单元，所述EG8010 SPWM发生电路产生两路SPWM输入IR2110全桥驱动电路，IR2110全桥驱动电路对SPWM进行功率放大后驱动功率MOS管全桥电路工作，所述功率MOS管全桥电路与SG3525升压电路的整流滤波器相连接，且其与LC滤波单元相连接，所述LC滤波单元由功率电感与金属化聚丙烯电容器组成，其滤除逆变波形中的谐波输出给负载，所述LC滤波单元输出端连接有采样电路与电压检测模块，EG8010 SPWM发生电路由采样电路从输出端采集回的电压反馈信号调整SPWM输出的频率与幅值，所述电压检测模块检测输出端电压值将其转换成数字信号传输给MK60控制系统。
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