CN1114435A - 微计算机全内置在线型不间断电源及开关电源供电系统 - Google Patents

Abstract

一种微机全内置在线型不间断电源及开关电源综合供电系统，由参数调节交-直变换稳压、限流稳压充电、脉宽调制直流输出、多参量采样计数监控、正弦波脉宽调制输出和本机供电六个子系统组成。将不间断电源与机内开关电源有机地融为一体，并直接置于机箱内，实现转换时间为零的在线式供电，既节省了工作平台和设备费用，还具有省电、降低电源热耗、消除磁饱和影响、总体效率高、操作使用方便、能够适宜野外无交流电情况下的使用等特点。

Description

微计算机全内置在线型不间断电源及开关电源供电系统

本发明属于计算机供电系统的制造领域，特别涉及一种用于微计算机的全内置在线型不间断电源及开关电源的综合供电系统。

目前，计算机市场上通用的正弦波输出不间断电源，一般都是由输入变压器、正弦波脉冲宽度调制-逆变器所组成，这种结构的不间断电源存在着体积大，只输出交流220伏的正弦波能量，无法内置于PC微计算机的机箱内，使用时必须与计算机的机内开关电源系统联用，且大多为非在线型，受一定的延时启动影响等缺点和弊端，而给使用者带来种种不便，另外这些不间断电源的售价也都相对较高。而美国SANTAK公司近两年推出的内置式微计算机不间断电源，虽然解决了缩小体积，随机性提高等问题，但仍存在着启动时有一定延时，占用机内空间，无法与机内的开关电源兼容等缺憾和不足。

本发明的目的就在于改进了上述现有不间断电源的种种弊端和不足，而提供了一种将微计算机的不间断电源与机内开关电源融为一体，共置于机箱之内的，能够为微计算机的各个工作系统和显示器提供所需要的工作电源，能够在突发性故障和停电时保护运行数据完整无损和微计算机继续工作，具有后备蓄电池供电转换时间为零的在线性特征的，全内置在线型微计算机不间断电源及开关电源综合供电系统。

本发明的目的是通过下述技术方案而得以实现的，一种微计算机全内置在线型不间断电源及开关电源综合供电系统，是由三块双面印刷线路板和一组蓄电池组构成的参数调节型交流一直流变换稳压系统、限流稳压充电系统、脉冲宽度调制直流功率输出系统、多参量采样计数式监控系统、正弦波脉冲宽度调制功率输出系统、本机供电系统六个子系统的电路组成的，整个系统完全置于微计算机的机箱内，其中参数调节型交流一直流变换稳压系统应用了开关型参数调节稳压原理，以抗干扰网络、启动电源电路、整流滤波电路、脉冲宽度调制控制电路、半桥逆变电路、隔离驱动电路、整流滤波电路、误差反馈电路组成，为各工作子系统提供所需要的直流电源；限流稳压充电系统以扩流电路、限流稳压充电电路向蓄电池组充电，并为各用电子系统供电；脉冲宽度调制直流功率输出系统以相同但相互独立的两套由脉冲宽度调制控制电路、隔离驱动电路、半桥逆变电路、整流滤波电路、误差反馈电路组成的系统，为微计算机提供各个不同范围的直流电源，以取代微计算机的机内开关电源系统；多参量采样计数式监控系统以电位转移及传感电路、逻辑比较判断电路、脉冲发生电路、0.5秒定时器、或门、计数器、20分钟定时器、或门、告警电路、隔离输出电路组成，完成对系统的过流、过压、蓄电池、市电输入等工作状态的监控；正弦波脉冲宽度调制功率输出系统以正弦波发生器、压控增益控制电路、精密整流电路、脉冲成形电路、隔离驱动电路、电平提升电路、跟随器、正弦波脉冲宽度调制控制电路、隔离驱动电路、半桥逆变器及整流滤波电路、门控电路组成，采用大规模直流脉宽调制集成电路技术和交-交矩阵解调技术实现高效率的高频正弦波脉冲宽度调制，为微计算机显示器提供准正弦波交流电源；本机供电系统由抗干扰电路、脉冲宽度调制电路、正激式功率变换器、整流滤波电路、误差反馈电路组成，为各子系统的工作提供七路独立的直流稳压电源。

本发明的目的还通过下述技术方案而得以实现，一旦停电或市电发生异常，在线式电源以转换时间为零的方式由后备蓄电池组继续为微计算机的各工作子系统供电。脉宽调制直流功率输出系统的两套脉宽调制功率输出电路均采用大规模集成电路SG3525以软启动工作于同步方式。多参量采样计数式监控系统采用计数式监控技术对多参量的采样情况进行监控，一旦被控量发生异常，立即送出封锁信号，封锁各工作子系统的工作并发出告警。全系统采用分时启动方式，以降低各工作系统同步启动瞬间产生的较大浪涌，各系统先后启动的顺序为：参数调节交流-直流变换稳压系统、本机供电系统、正弦波脉宽调制功率输出系统、脉宽调制直流功率输出系统。

本发明具有以下特点和显著效果：

1、将不间断电源完全置于微计算机的机箱内，除了能为微计算机正常供电外，在突发停电或供电不正常时，能够以转换时间为零的在线方式投入正常供电，从而实现了无论市电是否正常都能为微计算机及显示器提供完全不受外界干扰的纯净、稳定的电源，保证其正常工作的目的。

2、解决了微计算机不间断电源与机内开关电源一体化的难题，利用两个逆变器兼容了微计算机的开关电源功能，将交流稳压、高频滤波、尖峰吸收、在线式正弦波输出不间断电源与机内开关电源的设计合理巧妙地融为一体，并共置于微计算机的机箱内，使微计算机不再另行装置开关电源。

3、采用半桥功率，正弦波输出方式，充分降低了电源热耗，彻底消除了磁饱和的影响，有效地保护了机器内部的元器件。

4、采用多点抽样监控及软启动方式，消除了电源内部瞬间浪涌造成的误判断。

5、采用全系统监控方式，具备过压、过流、停电、后备电池欠压等保护功能，并设有声光报警。

6、采用正弦波脉冲宽度调制技术(SPWM)，从而实现了大范围集成，使交流-直流变换更加完善。

7、输入级为开关降压调节，实现了与蓄电池电压的兼容，节省了体积硕大的工频变压器。

8、设有自动限流型充电系统，包括对蓄电池电压的监控及切除，采用密封式免维护高能蓄电池为后备电源，并备有外接电池接口，供需要长时后备电源的用户使用。

9、节省了计算机工作平台的使用面积。

10、不仅可以为广大室内微计算机用户提供了方便，还特别适于野外无交流电情况下的微计算机使用。

11、由于实现了不间断电源功能与开关电源一体化，减少了原机的开关电源费用，为用户节省了投入，同时因减少了一级逆变环节，使总体效率提高了一个数量级，达到了省电节约能源的目的。

本发明的附图及图面说明如下：

图1是本发明的结构总框图；

图2包括附图2A，附图2B，附图2C的组合是本发明的电原理实

   施总图，其结合为2A右接2B左，2B下接2C上；

图3是本发明的参数调节型交一直流变换稳压系统的结构框图；

图4是本发明的参数调节型交流-直流变换稳压系统的电原理

   实施图；

图5是本发明的限流稳压充电系统的结构框图；

图6是本发明的限流稳压充电系统的电原理实施图；

图7是本发明的脉宽调制直流功率输出系统的结构框图；

图8是本发明的脉宽调制直流功率输出系统的电原理实施图；

图9是本发明的多参数采样计数监控系统的结构框图；

图10是本发明的多参数采样计数监控系统的电原理实施图；

图11是本发明的正弦波脉宽调制功率输出系统的结构框图；

图12是本发明的正弦波脉宽调制功率输出系统的电原理实施图；

图13是本发明的本机供电系统的结构框图；

图14是本发明的本机供电系统的电原理实施图。

下面将结合附图及实施例对本发明的技术方案作进一步地详述：本发明是一种微计算机全内置在线型不间断电源及开关电源综合供电系统，是由完全置于微计算机的机箱内的三块双面印刷线路板和一组蓄电池组构成的参数调节型交流-直流变换稳压系统(1)、限流稳压充电系统(2)、脉冲宽度调制直流功率输出系统(3)、多参数采样计数式监控系统(4)、正弦波脉冲宽度调制及功率输出系统(5)和本机供电系统(6)六个子系统组成的，图1和图2分别示出了本发明的系统总体结构的方框图和电器原理实施总图。本发明各子系统能够实现的功能是：

参数调节型交流-直流变换稳压系统(1)利用开关型参数调节稳压原理，将输入范围为150～250伏、40～1K赫兹交流电网电压转变为56伏、320瓦的直流电源，作为除参数调节交流-直流变换稳压系统(1)外的其余各工作系统的工作电源；

限流稳压充电系统(2)由整流滤波电路、限流稳压充电电路组成，向蓄电池组充电，并为各用电子系统供电；

脉冲宽度调制直流功率输出系统(3)，为微计算机提供+5伏，20安培、-5伏，0.5安培、+12伏，6安培、-12伏，0.5安培的直流稳压电源，以取代计算机的机内开关电源系统；

多参数采样计数式监控系统(4)对全系统的过流、过压、蓄电池组、市电输入等工作状态进行监控，一旦被控量发生异常，立即送出封锁信号，封锁各系统的工作，并发出声音告警；

正弦波脉冲宽度调制及功率输出系统(5)将输入的直流工作电压转换成50赫兹、有效值为220伏、最大输出功率为60瓦的交流正弦波电源，供给计算机的显示器之用；

本机供电系统(6)将输入范围为40～60伏的直流电压变换成七套独立的直流稳压电源，供给各子系统的信号处理电路所用；

蓄电池组(7)以转换时间为0的在线方式在发生停电或市电异常时，为各工作系统继续供电，以维持微计算机及显示器继续工作。

下面将分别对本发明各工作系统的结构、工作原理及实现功能作具体地详述：

参数调节型交流-直流变换稳压系统(1)，取代了普通外置式不间断电源中体积庞大的工频变压器，并完成直流稳压和为其余各子系统提供最大为350瓦的平均直流功率。附图3和附图4分别示出了参数调节型交流-直流变换稳压系统(1)的结构方框图和电器原理实施图。

未经稳压的交流市电直接引入由电感线圈1L₁、电容1C₁，1C₂及1C₃组成的抗干扰网络(8)，经由高速二极管1D₁，1D₂，1D₃，1D₄和电解电容1E₁，1E₂分别组成的桥式整流和分压滤波电路(10)为半桥逆变器(12)提供直流工作电源。小型工频变压器1T₁、二极管桥1Q₁、电解电容1E₈、电容1C₁₁、1C₁₇、三端稳压集成电路1VS₁(LM7815)组成的启动电源电路(9)，用以对脉宽调制控制电路(11)及脉冲驱动电路(13，13′)提供工作电压。脉宽调制控制电路(11)是由脉宽调制集成电路1IC₁(SG3525)产生双极脉冲宽度调制信号而供给脉冲驱动器的。脉冲驱动器采用二路图腾柱输出的方式，其隔离驱动电路(13，13′)由集成电路1IC₂(74LS06)、晶体管1BD₁，1BD₂，1BD₃，1BD₄、脉冲变压器1T₃，1T₄组成。半桥逆变器(12)由V型沟道功率场效应管1M₁，1M₂、脉冲输出变压器1T₂、抗偏磁电容1C₇组成。由脉冲变压器1T₂次级输出的高频、高能量脉冲经由高速整流二极管1D₅，1D₆，1D₇，1D₈、滤波电感1T₅、滤波电容1E₁₄，1E₁₅组成的整流滤波电路(14)整流平滑，获得56伏直流电压，供给其余各单元所用。由光电耦合器1OP₁(4N26)、电位器1P₁、电阻1R₁₆及稳压二极管1W₁构成的误差反馈传感电路(15)，检出输出电压的误差信号，隔离传送至脉冲调制集成电路1IC₁，1IC₁在误差信号的控制下改变两路脉冲宽度调制的信号宽度，从而调整了输出电压的幅值，达到了稳定输出直流电压的目的。而由光电耦合器1OP₂、电位器1P₃、电阻1R₃₀，1R₃₄、稳压二极管1W₉构成了监视直流电压及蓄电池组电压状态的隔离传感电路，用以控制直流电压的幅值。本发明对直流电压的高端控制电设计为60伏，而低端控制点则是按照48伏蓄电池组放电最低点设计的43.5伏。

限流稳压充电系统(2)是限流稳压方式向蓄电池组充电的。附图5和附图6分别示出了限流稳压充电系统(2)的结构方框图和电器原理实施图。

由参数调节型交流-直流变换稳压系统(1)提供的+56伏电源通过二极管1D₁₅整流电路(16)和晶体管1BD₅、五端可调集成稳压器1VS₂(CW200C)等构成的限流稳压充电电路(17)，向蓄电池组充电。高速二极管1D₁₁，1D₁₄用以隔离脉冲变压器1T₂传送来的直流电压和蓄电池组(7)的直流电压。因为本发明采用总电压为48伏的蓄电池组(7)，市电正常时，由半桥逆变器(12)的脉冲变压器1T₂的次级所提供的高频脉冲经整流滤波后获得的直流电压为56伏，因此二极管1D₁₄导通，而二极管1D₁₁的负极电压高于其正极电压，所以1D₁₁截止，从而保证了在市电正常时蓄电池组(7)不对各用电系统供电；同时经半桥逆变器(12)转换而来的+56伏电源通过由二极管1D₁₅、晶体管1B₅、五端可调集成稳压器1VS₂(CW200C)等构成的限流稳压充电电路(17)向蓄电池组(7)充电，并为其余各用电单元供电。

脉冲宽度调制直流功率输出系统(3)是将参数调节交流-直流变换稳压系统(1)或蓄电池组(7)提供的范围为43.5伏～56伏的直流电压转换成微计算机工作所需要的+5伏、-5伏、+12伏、-12伏工作电压，实际上该脉冲宽度调制直流功率输出系统(3)就是取代了的微计算机开关供电电源系统。为有效地克服利用一个逆变器对微计算机提供多组工作电压而引起的各电压之间的相互影响，本发明的脉冲宽度调制直流功率输出系统采用了两套相同电路的脉冲宽度调制直流功率输出系统，一套为微计算机提供所需的+5伏和-5伏的工作电压；另一套为微计算机提供所需的+12伏和-12伏的工作电压。附图7示出的是两套相同的脉冲宽度调制直流功率输出系统的结构方框图，而附图8示出的是脉冲宽度调制直流功率输出系统(3)的电器原理实施图。

一套脉冲宽度调制直流功率输出系统由集成电路2IC₁(SG3525)构成的脉宽调制控制电路(18′)、脉冲隔离传输变压器2T₁，2T₂构成的隔离驱动电路(19′，19′*)和由功率场效应管2M₁，2M₂、电解电容2E₉，2E₁₀、抗偏磁电容2C₉以及脉冲功率输出变压器2T₃共同组成的半桥式直流-直流变换器(20′)，从脉冲功率输出变压器2T₃的次级输出20K赫兹的高频脉冲经高速二极管2D₂，2D₃和滤波电感2T₆、滤波电容2E₁₂，2E₁₃，2C₁₀组成的全波整流滤波电路(21*′)全波整流并滤波成稳定的+12伏直流电压；该脉冲功率输出变压器2T₃次级输出的20K赫兹高频脉冲，还经由高速二极管2D₄，2D₅和滤波电感2T₅、滤波电容2E₁₄，2C₉组成的整流滤波电路(21′)全波整流并滤波，并由三端集成稳压器2VS₁(UA7912)构成的稳压电路(22′)输出稳定的-12伏电压。

而另一套脉冲宽度调制直流功率输出系统则是由集成电路2IC₂(SG3525)构成的脉宽调制控制电路(18)、脉冲隔离传输变压器2T₇，2T₈构成的隔离驱动电路(19，19*)、功率场效应管2M₃，2M₄、电解电容2E₂₂，2E₂₃、抗偏磁电容2C₁₉以及脉冲功率输出变压器2T₁₀共同组成了另一套半桥式直流-直流变换器(20)，从脉冲功率输出变压器2T₁₀次级输出的20K赫兹高频脉冲经高速二极管2D₁₄，2D₁₅和滤波电感2T₁₁、滤波电容2E₂₆，2E₂₇，2C₂₁组成的全波整流滤波电路(21*)全波整流并滤波成稳定的+5伏直流电压；该脉冲功率输出变压器2T₁₀次极输出的20K赫兹高频脉冲还经由高速二极管2D₁₆，2D₁₇和滤波电感2T₁₂、滤波电容2E₂，2C₂₂组成的全波整流滤波电路(21)全波整流并滤波，并由三端集成稳压器2VS₂(UA7905)构成的稳压电路(22)输出稳定的-5伏电压。

脉冲宽度调制直流功率输出系统(3)的两套半桥式直流逆变器(20，20′)的主控调制均采用大规模集成电路SG3525，且工作于同步方式，以消除交扰调制，且均采用了软启动方式，以消除开机瞬间的浪涌；其中同步信号由正弦波脉冲宽度调制功率输出系统(5)的主控调制电路3IC₄(SG3524)的3脚发出，由脉冲宽度调制直流功率输出系统(3)的主控调制集成电路2IC₁，2IC₂的3脚接收；由电容2E₁，2E₁₇分别构成了2IC₁，2IC₂的软启动定时电容；集成电路2IC₁，2IC₂的10脚接收由多参量采样计数式监控系统(4)在发生过流、过压、蓄电池组(7)电压低于设定最低控制点(43.5伏)送出的封锁信号，停止全部系统的工作。

由光电耦合器20P₁，20P₂组成的误差反馈电路(23，23′)分别用以隔离传感输出电压的误差信号，送给主控脉宽调制集成电路2IC₂，2IC₁的2脚，形成对输出电压的闭环反馈控制。

多参量采样计数式监控系统(4)是对参数调节型交流-直流变换稳压系统的直流功率输出实行过流、过压控制，对蓄电池组(7)的电压状态实行控制，以避免由于蓄电池过放电而导致损坏；对市电输入状态实行监控。图9和图10分别示出了多参量采样计数式监控系统(4)的结构方框图和电器原理实施图。

多参量采样计数式监控系统(4)是由以集成电路2IC₃(TL084)构成电位移动及传感电路(24)、以四电压比较器2IC₄(LM339)构成逻辑比较电路(25)、以数字集成电路2IC₅(74LS32)构成脉冲电路(26)、以数字集成电路2IC₆(74121)构成0.5秒定时器(27)、以数字集成电路2IC₇(74LS161)构成计数器(29)、以时基集成电路2IC₈(LM555)构成20分钟定时器(30)、以数字集成电路2IC₁₀(74LS12)构成或门(28)和(31)、以双时基集成电路2IC₉(NE556)构成告警电路(32)、以光电耦合器20PT₃(4N26)构成隔离输出电路(33)及蜂鸣器2S₁和相关阻容元件组成。在接收到过流、过压、无市电、蓄电池组电压过低等不正常的受控参量时，迅速发出封锁信号，封锁参数调节型交流-直流变换稳压系统(1)、脉冲宽度调制直流功率输出系统(3)、正弦波脉冲宽度调制功率输出系统(5)的各个主控调制集成电路1IC₁(SG3525)、2IC₁和2IC₂(SG3525)、3IC₄，使全系统短时停止工作；于此同时，监控系统(4)对不正常量进行一次计数，0.5秒后监控系统(4)解除封锁，全系统重新启动工作；若不正常受控量未被消除，监控系统(4)则重复上述过程，直至计数达七次，监控系统(4)发出一长达20分钟的封锁信号，封闭全系统运行，以便操作人员对设备进行维护。采用采样计数监控方式可以有效地排除由干扰信号而引起的监控系统的误判断。

下面以参数调节型交流-直流变换稳压系统(1)为例，说明多参量采样计数监控系统(4)的工作原理。当由于某种原因使参数调节型交流-直流变换稳压系统(1)发生过流，电流取样电阻1R₃₁两端压降上升，该压降以差动信号OI，0I^-方式送至2IC₃(TL084)的C单元，进行比例放大后送入四比较器2IC₄(LM339)C单元的同向输入端，该单元的反向输入端接至+5伏基准源，当由于过流使2IC₄的同向输入端电位高于该单元反向输入端的+5伏时，2IC₄的C单元输出端翻转为高电平，该高电平使2IC₅(74LS32)的A单元的输出翻转成高电平，触发时基集成电路2IC₆(74121)，2IC₆输出端(Q端)立即送出一宽度达0.5秒的高电平，并触发2IC₅的C单元，使之输出高电平，该高电平通过光电耦合器20PT₃隔离传输至1IC1₁的第10脚(SG3525及SG3524的10脚为封锁端)、2IC₁和2IC₂(SG3525)10脚、3IC₄(SG3524)10脚，使上述主控脉宽调制集成电路相应的单元停止工作；0.5秒后封锁信号解除，上述单元自动恢复工作。同时，2IC₆的输出端(Q端)输出的宽度为0.5秒的高电平还被引入数字集成计数器2IC₇(74LS161)计数一次，若0.5秒后过流仍未消失，监控单元重复上述过程2IC₇再计数一次，直至重复上述过程七次后，使该数字集成计数器的输出端Q0，Q1，Q2均翻转为高电平“1”，从而使3--3输入与非数字集成电路2IC₁₀(74LS12)的A单元输出为低电平“0”，该低电平触发时基集成电路2IC₈(LM555)，2IC₈被触发后从输出端(Q端)输出长达20分钟的“1”电平至2IC₅的B单元，使2IC₅的B单元输出亦为“1”电平，该“1”电平又被引入封锁信号发出单元即2IC₅的C单元，使之发出长达20分钟的封锁信号至各单元的主控脉宽调制集成电路的封锁端；2IC₅的C单元送出的“1”电平封锁信号还作为“使能”信号，触发双时基集成电路2IC₉(NE556)，使2IC₉振荡并发出间歇性声告警信号。

正弦波脉冲宽度调制功率输出系统(5)是利用大规模直流脉宽调制集成电路和下述特殊的电路处理技术实现高效率的高频正弦波脉冲宽度调制(即SPWM技术)，为微计算机的显示器提供最大为60瓦的50赫兹、有效值为220伏的准正弦波交流电源。附图11和附图12分别是正弦波脉冲宽度调制功率输出系统(5)的结构方框图和电器原理图。

由集成电路3IC₁(TL084)的A单元、B单元和稳压二极管3Z₁组成的变形文氏振荡电路构成的正弦波发生器(34)产生50赫兹稳频稳幅的正弦波基准信号，该基准信号被送入由集成电路3IC₁的D单元和小功率场效应管3M₆(MPF108)组成的压控增益控制电路(35)使其输出幅度受反馈误差信号(WUCA)控制，经压控增益控制电路(35)输出的正弦波送入由集成电路3IC₂的A单元(TL084)、二极管3D₄，3D₅等组成的精密全波整流电路(36)和由集成电路3IC₂的B单元构成的跟随缓冲器(37)被整流成单极性100赫兹正弦半波信号。由于正弦波脉冲宽度调制(SPWM)技术的基本原理是将正弦波信号与斜波信号在比较器中比较后获得一连串宽度受正弦波调制的高频脉冲信号，而本正弦波脉冲宽度调制功率输出系统(5)的主控调制电路(41)采用了大规模集成电路3IC₄(SG3524)，斜波比较信号由3IC₄产生，该斜波信号起始点不在供3IC₄工作电源的参考零电平上，而是上移了1伏，因此为了使100赫兹整弦半波信号与由3IC₄产生的斜波信号在3IC₄的内部比较器中得到正确的比较，100赫兹单极性正弦半波信号的起始点也必须上移1伏；电平提升电路(38)正是为了移动单极性100赫兹正弦半波而设置的；经电平提升电路(38)输出的起始点上移了1伏的单极性100赫兹正弦半波信号被送入正弦波脉冲宽度调制器(41)3IC₄(SG3524)的2脚；3IC₄的12、13脚分别输出两路相位差为180度的正弦脉宽调制脉冲波，经高速光耦3IC₁₁(6N137)，3IC₆(6N137)隔离后，分别由3IC₁₀(74LS06)的A、B、C单元、晶体管3BD₃，3BD₄和3IC₇(74LS06)的A、B、C单元、晶体管3BD₅，3BD₆组成的两套图腾柱驱动电路(42，42′)驱动半桥功率逆变器(43)。半桥功率逆变器(43)由功率场效应管3M₃，3M₄、分压电容3C₄₅，3C₄₆、抗偏磁电容3C₄₇、高频脉冲变压器3T₁组成。由于在高频脉冲变压器中传输脉冲的状态下，当脉冲过后，高频脉冲变压器中存储的能量将以反磁势的方式释放，而反磁势引起的脉冲变压器次级电压的极性又恰好与脉冲期间引起的脉冲变压器次级电压相反，简单的电容滤波将引起能量的抵消，所以从高频脉冲变压器3T₁次级输出的高频正弦波脉宽调制脉冲波不能从简单的电容滤波器解调出基频50赫兹正弦波电压，因而本系统采用了交-交矩阵的方式来解调出基频50赫兹正弦波电压。交-交矩阵解调电路是由半桥逆变器(43)和以滤波电感3T₂，3T₂′、滤波电容3C₅₀，3C₅₁、高速整流二极管3D₂，3D₃，3D₆，3D₇、功率场效应管3M₁，3M₂(IXTP3N100)、死负载电阻3R₆₆，3R₆₇等构成的门控开关电路(44，44′)组成的。高频脉冲变压器3T₁次级输出的高频正弦波调制脉冲经滤波电感3T₂，3T₂′、滤波电容3C₅₀，3C₅₁滤除高频载波分量，由二极管3D₃，3D₆组成的全波整流电路获得正向单极性100赫兹整弦半波，由二极管3D₂，3D₇组成的全波整流电路获得负向单极性100赫兹正弦半波；门控开关3M₁，3M₂以50赫兹的速度交替开闭，门控开关3M₁，3M₂的输出端相连接，使3M₁输出的正向50赫兹正弦半波与3M₂输出的反向50赫兹正弦半波实行叠加，从而得到了完整的50赫兹正弦波输出。门控开关3M₁，3M₂的控制信号是由50赫兹正弦波发生器分别通过集成电路3IC₃(TL082)的A、B单元整形成相为差为180度的50赫兹方波而获得的。为了控制输出的50赫兹、220伏的正弦波电压幅度，由高频脉冲变压器3T₁次级的另一对绕组产生出一反馈信号，该反馈信号经由二极管3D₁整流、滤波电容3E₆，3C₄₄滤波，获得相应的直流反馈误差信号(WUCA)，再经集成电路3IC₂(TL084)的D单元放大后送至压控增益控制电路(35)，以控制调制正弦波的幅度，从而完成对输出正弦波电压的幅度控制。

本机供电系统(6)采用它激式正激变换和脉冲变压器次级多绕组输出的方式，为全系统所需的工作电压提供七路独立的稳压电源。附图13和附图14分别是本机供电系统(6)的结构方框图和电器原理实施图。

本机供电系统(6)是由以保险丝3F₁、电源滤波线圈3T₄、电源滤波电容3E₈，3E₉，3C₄₅构成的抗干扰电路(45)；由集成电路3IC₅(SG3525)、降压电阻3R₄₀，3R₄₁、稳压二极管3Z₁₂，3Z₁₃构成的脉冲宽度调制电路(46)；由功率场效应管3M₅(IRF350)、多绕组脉冲变压器3T₃构成的正激式功率变换器(47)；由多绕组脉冲变压器3T₃的各次级绕组上的二极管3D₉，3D₁₀，3D₁₁，3D₁₂，3D₁₃等、滤波电容3E₁₁，3E₁₂，3E₁₃，3E₁₄，3E₁₅，3E₁₆，3E₁₇，3E₁₈等构成的整流滤波电路(48)，由集成电路3IC₅的1脚和反馈控制电位器3P₄、反馈控制分压电阻3R₆₄，3R₆₅等构成的误差反馈电路(49)共同组成。经过滤波整流后，本机供电系统各个输出端的输出电压分别为VAA端：+15伏、VBB端：+5伏、VCC端：+15伏、VDD端：+15伏、VEE端：+15伏、VFF端：+15伏、VSS端：-15伏。由参数调节交流-直流变换稳压系统(1)或蓄电池组(7)提供的范围为43.5～60伏的直流电源被滤波电感3T₄、滤波电容3E₈，3E₉，3C₄₅滤波后，提供给功率场效应管3M₅做工作电源；该工作电源还通过参数调节交流-直流变换稳压系统(1)中的开关1S₂，经降压电阻3R₄₀，3R₄₁限流降压，被稳压管3Z₁₂，3Z₁₃稳压后，为脉宽调制集成电路3IC₅(SG3525)提供稳定的+15伏电压的工作电源。

由于正弦波脉冲宽度调制功率输出系统的二路正弦波脉冲宽度调制驱动电路以及二路输出解调门控电路均采用隔离驱动方式，因此上述各电路的工作电源均采用独立供电方式。

为协调各工作单元的正常工作，本发明采用了分时启动的启动方式，以降低各工作系统同步启动而产生的较大的浪涌。各工作系统先后启动的顺序为：参数调节交流-直流变换稳压系统(1)及限流稳压充电系统(2)---本机供电系统(6)---正弦波脉冲宽度调制功率输出系统(5)---脉冲宽度调制直流功率输出系统(3)。分时启动是通过各系统主控调制集成电路软启动端配制的软启动定时电容的容量来实现的。

本发明配有3.2AH/6伏×8或3.2AH/12伏×4的免维护蓄电池组(7)，内置于“386”、“486”、“586”等微计算机机箱原开关电源的位置；而总体积为168×140×140(毫米)³的三块双面印刷线路板，亦内置于微计算机的标准机箱左前方的硬盘驱动器与主板之间，从而实现了全内置式不间断电源的功能。

本发明的主要技术参数如下：参数调节交流-直流变换稳压系统(1)：

交流电压输入范围    AC 175～250伏40～1K赫兹

输出电压            DC +56伏

输出电压涨落        ＜3％

最大输出功率        350瓦(10分钟)

平均输出功率        320瓦

主控振荡频率        66K赫兹限流稳压充电系统(2)：

最大充电电流        0.65安培正弦波脉冲宽度调制功率输出系统(5)：

输入工作电压范围    +43.5～+60伏

输出电压            AC 220伏   50赫兹

输出电压涨落        ＜3％

平均输出功率        60

输出电压波形        准正弦波

谐波失真            ＜20％

主控调制集成电路振荡频率       40K赫兹脉冲宽度调制直流功率输出系统(3)：

输入工作电压范围    +43.5～+60伏

最大输出功率        200瓦

输出电压            +5伏-5伏+12伏   -12伏

输出电流            +5伏/15～20安培 -5伏/0.5安培

                    +12伏/4～6安培  -12伏/0.5安培

纹波                ＜80毫伏

主控调制集成电路振荡频率       40K赫兹蓄电池组(7)：

蓄电池组容量            3安培～48伏

蓄电池供电转换时间      0

供电维持时间        6～8分钟(3AH全载)

监控方式            全控(过流 过压 蓄电池组状态 市电状态)

响应时间            ＜1微秒外形指标：主机体积                168×140×140(毫米)³主机重量                ＜3公斤蓄电池组体积            132×132×130(毫米)³

                    (3.2AH/6伏×8或3.2AH/12伏×4)

Claims (5)

1、一种微计算机全内置在线型不间断电源及开关电源综合供电系统，是由三块双面印刷线路板和一组蓄电池组构成的参数调节交流-直流变换稳压系统(1)、限流稳压充电系统(2)、脉冲宽度调制直流功率输出系统(3)、多参量采样计数监控系统(4)、正弦波脉冲宽度调制功率输出系统(5)和本机供电系统(6)六部分电路组成的，其特征在于全系统完全置于微计算机的机箱内，其中：

a、参数调节交流-直流变换稳压系统(1)应用了参数调节型稳压方式，以抗干扰网络(8)、启动电源电路(9)、整流滤波电路(10)、脉宽调制控制电路(11)、半桥逆变器(12)、隔离驱动电路(13，13′)、整流滤波电路(14)、误差反馈电路(15)完成普通工频变压器的功能，为各工作系统提供所需要的直流功率；

b、限流稳压充电系统(2)以扩流电路(16)、限流稳压充电电路(17)向蓄电池组(7)充电，并为各工作系统供电；

c、脉宽调制直流功率输出系统(3)以相同但又相互独立的两套由脉宽调制控制电路(18，18′)、隔离驱动电路(19，19*；19′19′*)、半桥逆变器(20，20′)、整流滤波电路(21，21*；21′21′*)、稳压电路(22，22′)、误差反馈电路(23，23′)组成脉宽调制功率输出系统，为微计算机提供全部各个不同范围区间的工作电源，以省略和替代了微计算机的开关电源；

d、多参量采样计数监控系统(4)由以电位转移及传感电路(24)、逻辑比较判断电路(25)、脉冲发生电路(26)、0.5秒定时器(27)、或门(28)、计数器(29)、20分钟定时器(30)、或门(31)、告警电路(32)、隔离输出电路(33)组成，完成对系统的过流、过压、蓄电池、市电输入等工作状态的监控；

e、正弦波脉冲宽度调制功率输出单元(5)以50赫兹正弦波发生器(34)、压控增益控制电路(35)、精密整流电路(36)、电平提升电路(37)、跟随器(38)、脉冲整形电路(39，39′)、隔离驱动电路(40，40′)、正弦波脉冲宽度调制控制电路(41)、隔离驱动电路(42，42′)、半桥逆变器及整流滤波器(43)、门控电路(44，44′)组成，采用大规模直流脉宽调制集成电路技术和交-交矩阵解调技术实现高效率的高频正弦波脉冲宽度调制，为微计算机显示器提供准正弦波交流电源；

f、本机供电单元(6)由抗干扰电路(45)、脉冲宽度调制电路(46)、正激式功率变换器(47)、整流滤波电路(48)、误差反馈电路(49)组成，为全系统的工作提供七路独立的稳压电源。

2、根据权利要求1所述的微计算机全内置在线型不间断电源及开关电源综合供电系统，其特征在于一旦停电或市电发生异常，系统采用在线型电源，以转换时间为零的方式由后备蓄电池组(7)继续为微计算机的各工作子系统供电。

3、根据权利要求1所述的微计算机全内置在线型不间断电源及开关电源综合供电系统，其特征在于脉宽调制直流功率输出系统(3)的两套脉宽调制功率输出电路均采用大规模集成电路SG3525以软启动工作于同步方式。

4、根据权利要求1所述的微计算机全内置在线型不间断电源及开关电源综合供电系统，其特征在于多参量采样计数式监控系统采用计数式监控技术对多参量的采样情况进行监控，一旦被控量发生异常，立即送出封锁信号，封锁各工作子系统的工作并发出告警。

5、根据权利要求1所述的微计算机全内置在线型不间断电源及开关电源综合供电系统，其特征在于全系统采用分时启动方式，以降低各单元同步启动瞬间产生的较大浪涌，各单元先后启动的顺序为：参数调节交-直变换系统(1)、本机供电系统(6)、正弦波脉宽调制功率输出系统(5)、脉宽调制直流功率输出系统(3)。

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