CN108509012B - 交直流输出不间断电源电路 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种交直流输出不间断电源电路，包括：控制模块、静态开关模块、逆变模块和直流供电模块；控制模块分别与静态开关模块、逆变模块和直流供电模块的受控端连接；直流供电模块包括电池、第一晶闸管、第一继电器、第二晶闸管、第二继电器、第一场效应管、第二场效应管、第三继电器和第四继电器；第一继电器与第一晶闸管、第二继电器与第二晶闸管、第三继电器与第一场效应管以及第四继电器与第二场效应管均为并联。本发明技术方案在解决交流、直流输出切换过程中的电力中断与可靠切换的问题，使切换时间小于10ms甚至5ms；降低功率损耗。

Description

交直流输出不间断电源电路

技术领域

本发明涉及交直流输出不间断电源技术领域，特别涉及一种交直流输出不间断电源电路。

背景技术

目前数据中心服务器的供电是一般由交流不间断电源或高压直流不间断电源提供；其中，交流不间断电源，当市电异常时不间断电源会转为电池逆变模式继续提供交流电源输出，此电池逆变模式是由电池升压和逆变电路将直流变换为交流，转换效率一般是90％左右，电池能量会有10％左右的损耗；高压直流不间断电源，在有市电时，不间断电源通过变换电路将交流转换为直流再供给服务器设备，此交直流变换过程会有不小的功率损耗。

因此，针对上述问题有必要提出一种新的技术方案。

发明内容

本发明的主要目的是提出一种交直流输出不间断电源电路，旨在解决交流、直流输出切换过程中的电力中断与可靠切换的问题，使切换时间小于10ms甚至5ms；市电正常时，由市电供电，不做任何变换而直接输出交流电，几乎不产生损耗；当市电异常时自动切换到电池供电，不做任何变换而输出直流电，由电池直接给服务器供电，供电效率近乎100％。

为实现上述目的，本发明提出的一种交直流输出不间断电源电路，包括：控制模块、静态开关模块、逆变模块和直流供电模块；所述控制模块分别与所述静态开关模块、所述逆变模块和所述直流供电模块的受控端连接；所述静态开关模块的1引脚与市电火线连接，其3引脚与市电零线连接，其6引脚与输出火线连接，其5引脚与输出零线连接；所述直流供电模块包括电池、第一晶闸管、第一继电器、第二晶闸管、第二继电器、第一场效应管、第二场效应管、第三继电器和第四继电器；所述电池的正极与所述第一晶闸管的阳极连接，所述第一晶闸管的阴极分别与所述逆变模块的BAT+引脚以及所述第一场效应管的漏极连接，所述电池的负极与所述第二晶闸管的阴极连接，所述第二晶闸管的阳极分别与所述逆变模块的BAT-引脚和所述第二场效应管的源极连接；所述静态开关模块的2引脚分别与所述第一场效应管的源极和所述逆变模块的INV-L引脚连接，所述静态开关模块的4引脚分别与所述第二场效应管的漏极和所述逆变模块的INV-N引脚连接；所述第一继电器与所述第一晶闸管、所述第二继电器与所述第二晶闸管、所述第三继电器与所述第一场效应管以及所述第四继电器与所述第二场效应管均为并联。

优选地，还包括第一二极管和第二二极管，所述第一二极管的正极与所述第一场效应管的源极连接，所述第一二极管的负极分别与所述第三继电器、所述静态开关模块的2引脚和所述逆变模块的INV-L引脚连接；所述第二二极管的正极与所述第二场效应管的源极连接，所述第二二极管的负极分别与所述第四继电器、所述第二继电器、所述第二晶闸管的阳极和所述逆变模块的BAT-引脚连接。

优选地，所述静态开关模块包括第一控制单元和第二控制单元，所述第一控制单元分别与所述市电火线、所述输出火线、所述逆变模块的INV-L引脚和所述第一二极管的负极连接，用于控制所述市电火线和所述输出火线的连接与断开、所述直流供电模块和所述输出火线的连接与断开、以及所述输出火线与所述逆变模块的INV-L的连接与断开；第二控制单元与所述市电零线、所述输出零线、所述逆变模块的INV-N引脚和所述第二场效应管的漏极连接，用于控制市电零线与输出零线的连接与断开、所述直流供电模块与所述输出零线的连接与断开、以及所述输出零线与所述逆变模块INV-N引脚的连接与断开。

优选地，所述第一控制单元包括第三晶闸管、第四晶闸管、第一单刀双掷继电器、第五晶闸管和第六晶闸管；所述市电火线与所述第三晶闸管的阴极、所述第四晶闸管的阳极以及所述第一单刀双掷继电器的常闭触点连接；所述输出火线分别与所述第三晶闸管的阳极、所述第四晶闸管的阴极、所述第一单刀双掷继电器的掷刀触点、第五晶闸管的阳极和第六晶闸管的阴极连接；所述第一单刀双掷继电器的常开触点、第五晶闸管的阴极和第六晶闸管的阳极分别与所述第一二极管的负极所述逆变模块的1NV-L引脚连接。

优选地，所述第二控制单元包括第七晶闸管、第八晶闸管、第二单刀双掷继电器、第九晶闸管和第十晶闸管；所述市电零线与所述第七晶闸管的阴极、所述第八晶闸管的阳极以及所述第二单刀双掷继电器的常闭触点连接；所述输出零线分别与所述第七晶闸管的阳极、所述第八晶闸管的阴极、所述第二单刀双掷继电器的掷刀触点、第九晶闸管的阳极和第十晶闸管的阴极连接；所述第二单刀双掷继电器的常开触点、第九晶闸管的阴极和第十晶闸管的阳极均与所述第二场效应管的漏极和所述逆变模块的INV-N引脚连接。

本发明技术方案在市电正常时，通过采用控制模块控制静态开关模块，将市电火线和市电零线接到输出火线和输出零线，给服务器供电，提供给服务器的能效几乎达到100％；同时将输出火线和输出零线与逆变模块连接，把市电送入逆变模块给电池充电；当市电异常时，控制模块控制第一晶闸管、和第二晶闸管的导通，以及第一继电器和第二继电器的闭合，电池经逆变模块给服务器供电作为市电切换到电池供电的过渡供电期，过渡供电完成后，控制模块关闭逆变模块，并控制第一场效应管和第二场效应管的导通，以及控制第三继电器和第四继电器的闭合，把电池的能量直接供给给服务器，此时，电池直流供电的效率近乎100％。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。

图1为本发明交直流输出不间断电源的电路图；

图2为本发明交直流输出不间断电源的静态开关模块的连接电路图；

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

本发明提出一种交直流输出不间断电源电路。

在本发明实施例中，如图1所示，一种交直流输出不间断电源电路，包括：控制模块100、静态开关模块200、逆变模块300和直流供电模块400；控制模块100分别与静态开关模块200、逆变模块300和直流供电模块400的受控端连接；静态开关模块200的1引脚与市电火线I/P-L连接，其3引脚与市电零线I/P-N连接，其6引脚与输出火线OP-L/OP+连接，其5引脚与输出零线OP-N/OP-连接；直流供电模块400包括电池BAT、第一晶闸管VT1、第一继电器SW1、第二晶闸管VT2、第二继电器SW2、第一场效应管MOS1、第二场效应管MOS2、第三继电器SW3和第四继电器SW4；电池BAT的正极与第一晶闸管VT1的阳极连接，第一晶闸管VT1的阴极分别与逆变模块300的BAT+引脚以及第一场效应管MOS1的漏极连接，电池BAT的负极与第二晶闸管VT2的阴极连接，第二晶闸管VT2的阳极分别与逆变模块300的BAT-引脚和第二场效应管MOS2的源极连接；静态开关模块200的2引脚分别与第一场效应管MOS1的源极和逆变模块300的INV-L引脚连接，静态开关模块200的4引脚分别与第二场效应管MOS2的漏极和逆变模块300的INV-N引脚连接；第一继电器SW1与第一晶闸管VT1、第二继电器SW2与第二晶闸管VT2、第三继电器SW3与第一场效应管MOS1以及第四继电器SW4与第二场效应管MOS2均为并联。逆变模块300可以是单向逆变模块或双向逆变模块。

工作过程中，当市电正常时控制模块100控制静态开关模块200即将静态开关模块200的1引脚和6引脚，以及3引脚和5引脚接通，市电火线I/P-L和市电零线I/P-N直接接通输出火线OP-L/OP+和输出零线OP-N/OP-直接供电给服务器；同时将静态开关模块200的6引脚与2引脚接通，5引脚与4引脚接通，将市电送入逆变模块300，由双向逆变器给电池BAT充电；当市电异常时控制模块100控制逆变模块300进行逆变，同时控制静态开关模块200切换(将6引脚和2引脚，以及5引脚和4引脚接通)；由逆变模块300输出端给服务器供电，经过短暂逆变供电后，控制模块100控制直流供电模块400供电(将第一场效应管MOS1和第二场效应管MOS2导通，闭合第三继电器SW3和第四继电器SW4)，同时关闭逆变模块300。

本发明技术方案在市电正常时，通过采用控制模块100控制静态开关模块200，将市电火线I/P-L和市电零线I/P-N接到输出火线OP-L/OP+和输出零线OP-N/OP-，给服务器供电，提供给服务器的能效几乎达到100％；同时将输出火线OP-L/OP+和输出零线OP-N/OP-与逆变模块300连接，把市电送入逆变模块300给电池BAT充电；当市电异常时，控制模块100控制第一晶闸管VT1、和第二晶闸管VT2的导通，以及第一继电器SW1和第二继电器SW2的闭合，电池BAT经逆变模块300给服务器供电作为市电切换到电池BAT供电的过渡供电期，过渡供电完成后，控制模块100关闭逆变模块300，并控制第一场效应管MOS1和第二场效应管MOS2的导通，以及控制第三继电器SW3和第四继电器SW4的闭合，把电池BAT的能量直接供给给服务器，此时，电池BAT直流供电的效率近乎100％。

在本发明实施例中，还包括第一二极管D1和第二二极管D2，第一二极管D1的正极与第一场效应管MOS1的源极连接，第一二极管D1的负极分别与第三继电器SW3、静态开关模块200的2引脚和逆变模块300的INV-L引脚连接；第二二极管D2的正极与第二场效应管MOS2的源极连接，第二二极管D2的负极分别与第四继电器SW4、第二继电器SW2、第二晶闸管VT2的阳极和逆变模块300的BAT-引脚连接。

在本发明实施例中，如图2所示，静态开关模块200包括第一控制单元210和第二控制单元220，第一控制单元210分别与市电火线I/P-L、输出火线OP-L/OP+、逆变模块300的INV-L引脚和第一二极管D1的负极连接，用于控制市电火线I/P-L和输出火线OP-L/OP+的连接与断开、直流供电模块400和输出火线OP-L/OP+的连接与断开、以及输出火线OP-L/OP+与逆变模块300的INV-L的连接与断开；第二控制单元220与市电零线I/P-N、输出零线OP-N/OP-、逆变模块300的INV-N引脚和第二场效应管MOS2的漏极连接，用于控制市电零线I/P-N与输出零线OP-N/OP-的连接与断开、直流供电模块400与输出零线OP-N/OP-的连接与断开、以及输出零线OP-N/OP-与逆变模块300INV-N引脚的连接与断开。

在本发明实施例中，第一控制单元210包括第三晶闸管VT3、第四晶闸管VT4、第一单刀双掷继电器SW5、第五晶闸管VT5和第六晶闸管VT6；市电火线I/P-L与第三晶闸管VT3的阴极、第四晶闸管VT4的阳极以及第一单刀双掷继电器SW5的常闭触点连接；输出火线OP-L/OP+分别与第三晶闸管VT3的阳极、第四晶闸管VT4的阴极、第一单刀双掷继电器SW5的掷刀触点、第五晶闸管VT5的阳极和第六晶闸管VT6的阴极连接；第一单刀双掷继电器SW5的常开触点、第五晶闸管VT5的阴极和第六晶闸管VT6的阳极分别与第一二极管D1的负极逆变模块300的INV-L引脚连接。

在本发明实施例中，第二控制单元220包括第七晶闸管VT7、第八晶闸管VT8、第二单刀双掷继电器SW6、第九晶闸管VT9和第十晶闸管VT10；市电零线I/P-N与第七晶闸管VT7的阴极、第八晶闸管VT8的阳极以及第二单刀双掷继电器SW6的常闭触点连接；输出零线OP-N/OP-分别与第七晶闸管VT7的阳极、第八晶闸管VT8的阴极、第二单刀双掷继电器SW6的掷刀触点、第九晶闸管VT9的阳极和第十晶闸管VT10的阴极连接；第二单刀双掷继电器SW6的常开触点、第九晶闸管VT9的阴极和第十晶闸管VT10的阳极均与第二场效应管MOS2的漏极和逆变模块300的INV-N引脚连接。

工作原理：

1、当市电正常供电时，一边给服务器供电，一边给电池BAT充电；

市电火线I/P-L和市电零线I/P-N通过第三晶闸管VT3、第四晶闸管VT4、第七晶闸管VT7和第八晶闸管VT8导通，并且将第一单刀双掷继电器SW5和第二单刀双掷继电器SW6接通常闭触点和掷刀触点(0-1端)给服务器供电，提供给服务器的能效几乎达到100％；同时将第五晶闸管VT5、第六晶闸管VT6、第九晶闸管VT9和第十晶闸管VT10导通把市电送入逆变模块300给电池BAT充电。

2、当市电异常时做如下控制；

2.1、控制模块100控制第一晶闸管VT1和第二晶闸管VT2导通，控制第一继电器SW1和第二继电器SW2闭合，电池BAT经逆变模块300逆变输出交流电，控制模块100控制第五晶闸管VT5、第六晶闸管VT6、第九晶闸管VT9、第十晶闸管VT10导通，同时控制第一单刀双掷继电器SW5和第二单刀双掷继电器SW6均闭合掷刀触点和常开触点(1-2端)，把逆变模块300逆变输出传输给服务器供电，作为市电切换到电池BAT供电的过渡供电；

2.2、如果市电直接切换到电池BAT供电会有很多问题发生，可能会把电池BAT能量反灌入市电电网产生危险，间接切换到电池，可以降低对电池的大电流冲击，防止锂电池保护误动作，防止电池损坏，或造成服务器断电风险；因此通过逆变模块300作过渡供电，通过上述控制操作，把逆变电源传输给服务器供电，作为短暂性过渡供电。过渡供电完成后，控制模块100控制逆变模块300关闭，并控制第一场效应管MOS1、第二场效应管MOS2导通，闭合第三继电器SW3和第四继电器SW4，把电池BAT能量直接供给服务器，此时电池BAT直流供电的效率几乎达到100％。其中，由于继电器的导通速度慢，存在断电的风险，而场效应管导通速度很快不至于断电，并联的继电器导通后，电流从继电器上流过后场效应管就没有电流流过，这样场效应管就没有损耗，继电器导通几乎没有损耗。

3、当市电恢复正常后，控制模块100对静态开关模块200进行切换，即控制第三晶闸管VT3、第四晶闸管VT4、第七晶闸管VT7、第八晶闸管VT8先导通，然后第一单刀双掷继电器SW5和第二单刀双掷继电器SW6接通其常闭触点和掷刀触点(0-1端)，保证切换过程不断电，从而由市电进行供电，并关闭第一晶闸管VT1、第二晶闸管VT2、第一场效应管MOS1、第二场效应管MOS2，以及断开第一继电器SW1、第二继电器SW2、第三继电器SW3和第四继电器SW4。

因为逆变模块300仅工作在短暂过渡期，时间短几乎没有发热，所以可以降低交直流不间断电源设备的材料成本。因为直流供电模块400几乎没有损耗这种电路结构特点以及静态开关模块200也几乎没有损耗，因此本交直流输出不间断电源几乎没有因损耗引起的发热，所以机房散热成本可以降低。因为直流供电模块400几乎没有损耗，节约的能量可以延长电池供电时间或不延长电池供电时间的条件下可以用容量小一些的电池供电，容量小的电池成也本低。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (5)

1.一种交直流输出不间断电源电路，其特征在于，包括：控制模块、静态开关模块、逆变模块和直流供电模块；所述控制模块分别与所述静态开关模块、所述逆变模块和所述直流供电模块的受控端连接；所述静态开关模块的1引脚与市电火线连接，其3引脚与市电零线连接，其6引脚与输出火线连接，其5引脚与输出零线连接；所述直流供电模块包括电池、第一晶闸管、第一继电器、第二晶闸管、第二继电器、第一场效应管、第二场效应管、第三继电器和第四继电器；所述电池的正极与所述第一晶闸管的阳极连接，所述第一晶闸管的阴极分别与所述逆变模块的BAT+引脚以及所述第一场效应管的漏极连接，所述电池的负极与所述第二晶闸管的阴极连接，所述第二晶闸管的阳极分别与所述逆变模块的BAT-引脚和所述第二场效应管的源极连接；所述静态开关模块的2引脚分别与所述第一场效应管的源极和所述逆变模块的INV-L引脚连接，所述静态开关模块的4引脚分别与所述第二场效应管的漏极和所述逆变模块的INV-N引脚连接；所述第一继电器与所述第一晶闸管、所述第二继电器与所述第二晶闸管、所述第三继电器与所述第一场效应管以及所述第四继电器与所述第二场效应管均为并联。

2.如权利要求1所述的交直流输出不间断电源电路，其特征在于，还包括第一二极管和第二二极管，所述第一二极管的正极与所述第一场效应管的源极连接，所述第一二极管的负极分别与所述第三继电器、所述静态开关模块的2引脚和所述逆变模块的INV-L引脚连接；所述第二二极管的正极与所述第二场效应管的源极连接，所述第二二极管的负极分别与所述第四继电器、所述第二继电器、所述第二晶闸管的阳极和所述逆变模块的BAT-引脚连接。

3.如权利要求2所述的交直流输出不间断电源电路，其特征在于，所述静态开关模块包括第一控制单元和第二控制单元，所述第一控制单元分别与所述市电火线、所述输出火线、所述逆变模块的INV-L引脚和所述第一二极管的负极连接，用于控制所述市电火线和所述输出火线的连接与断开、所述直流供电模块和所述输出火线的连接与断开、以及所述输出火线与所述逆变模块的INV-L的连接与断开；第二控制单元与所述市电零线、所述输出零线、所述逆变模块的INV-N引脚和所述第二场效应管的漏极连接，用于控制市电零线与输出零线的连接与断开、所述直流供电模块与所述输出零线的连接与断开、以及所述输出零线与所述逆变模块INV-N引脚的连接与断开。

4.如权利要求3中所述的交直流输出不间断电源电路，其特征在于，所述第一控制单元包括第三晶闸管、第四晶闸管、第一单刀双掷继电器、第五晶闸管和第六晶闸管；所述市电火线与所述第三晶闸管的阴极、所述第四晶闸管的阳极以及所述第一单刀双掷继电器的常闭触点连接；所述输出火线分别与所述第三晶闸管的阳极、所述第四晶闸管的阴极、所述第一单刀双掷继电器的掷刀触点、第五晶闸管的阳极和第六晶闸管的阴极连接；所述第一单刀双掷继电器的常开触点、第五晶闸管的阴极和第六晶闸管的阳极分别与所述第一二极管的负极所述逆变模块的INV-L引脚连接。

5.如权利要求3中所述的交直流输出不间断电源电路，其特征在于，所述第二控制单元包括第七晶闸管、第八晶闸管、第二单刀双掷继电器、第九晶闸管和第十晶闸管；所述市电零线与所述第七晶闸管的阴极、所述第八晶闸管的阳极以及所述第二单刀双掷继电器的常闭触点连接；所述输出零线分别与所述第七晶闸管的阳极、所述第八晶闸管的阴极、所述第二单刀双掷继电器的掷刀触点、第九晶闸管的阳极和第十晶闸管的阴极连接；所述第二单刀双掷继电器的常开触点、第九晶闸管的阴极和第十晶闸管的阳极均与所述第二场效应管的漏极和所述逆变模块的INV-N引脚连接。