CN111682635A - 一种有ups功能开关电源适配器及控制方法 - Google Patents

一种有ups功能开关电源适配器及控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种有UPS功能开关电源适配器及控制方法，包括在开关电源的直流输出侧设置充电放电单元电路，在充电放电单元电路中设置一单片微计算机，一个有A/D转换功能的输入引脚检测电池BT1的电压，本发明从AC掉电到切换成后备蓄电池对外供电，能在15mS时间之内完成，从而保证设备和电器不会断电，单片微计算机通过检测被充电电池的端电压控制充电电流以及终止充电过程。在开关电源的交流输入侧设置掉电捕获单元电路，由光电耦合器IC3A、二极管D7、电阻R8为主构成，光电耦合器IC3A将供电信号传输出去。本发明十分适合家庭、办公室或众多小型用电设备希望防止停电的场合使用，具备非常高的性价比。

Description

一种有UPS功能开关电源适配器及控制方法
技术领域
本发明涉及电源技术领域，尤其涉及一种有UPS功能的开关电源适配器及控制方法。
背景技术
市面上普通的开关电源和充电器只能在有市电供电情况下给其后的小型设备和电器供电，如遇突然停电，后面的小型设备和电器会突然停止工作，这样会造成很大弊端：辛辛苦苦工作了很久的数据会白白丢失。对操作者的工作信心造成极大的打击。
预防突发停电现象可以置备专门的UPS电源，虽然输出功率大，但输出是交流电，只能给较大型设备和电器供交流电，再经过一级开关电源和充电器才能将交流电转换成所需的直流低电压给小型设备和电器供电。如此一来存在多一级能量转换，就降低了能源使用效率。并且这种电源由于价格因素不可能置备很多，众多的工作者还是靠天吃饭，寄希望于在其工作期间不要停电。
针对普通电源适配器没有配置UPS这项技术空白，需要研制有UPS功能开关电源适配器，这是电源生产厂家追求的目标。
发明内容
本发明的目的在于提出一种有UPS功能开关电源适配器，满足人们对该类产品的需求。
为达到目的，本发明采用以下技术方案：
实施一种有UPS功能开关电源适配器的控制方法，所述方法包括：
第一步、首先在开关电源的交流输入侧设置掉电捕获单元电路，由光电耦合器IC3A将供电信号传输出去；
第二步、然后在开关电源的直流输出侧设置充电放电单元电路，所述充电放电单元电路充电开关管Q2的漏极和放电开关管Q3的漏极都接在开关电源直流输出的正极；充电开关管Q2的源极通过一二极管D9连接电池BT1的正极，电池BT1的正极亦连接放电开关管Q3的源极；
第三步、在充电放电单元电路中设置一单片微计算机IC4，IC4的一个有A/D转换功能的输入引脚用于检测电池BT1的电压，IC4的一个中断引脚用于检测光电耦合器IC3B，IC4的一个输出引脚控制充电开关管Q2的栅极，IC4的再一个输出引脚控制放电开关管Q3的栅极；
第四步、在单片微计算机IC4的程序存储器之中装载掉电捕获程序模块、电池电压检测程序模块、低电量充电控制程序模块、中电量充电控制程序模块、满电量充电控制程序模块、电池电量显示程序模块、报警控制程序模块和放电管理程序模块，所述各个程序模块都可由主控处理器调用并执行，暂存器用于暂存运算过程中的数据；
第五步、当开关电源的交流输入端正常供电时，光电耦合器IC3B处于导通状态，反相器IC6输出高电平，单片微计算机IC4工作在检测电池BT1电压状态，若电池BT1电量未达到满电量状态，则打开充电开关管Q2进行充电，若电池BT1电量达到满电量状态的极限值，则关闭充电开关管Q2防止过充电；
当开关电源的交流输入端断电时，光电耦合器IC3B立即截止，反相器IC6输出低电平，单片微计算机IC4立即中断，开通放电开关管Q3，由电池BT1对外供电。
上述方法中，第二步所述充电开关管Q2选用N沟道场效应管，放电开关管Q3选用P沟道场效应管。
上述方法中，第三步所述检测电池BT1的电压，是在电池BT1的正负两端之间连接电阻R35和R36，将电池电压分压后取样输入到P1.1引脚。
上述方法中，第三步所述IC4的一个输出引脚控制充电开关管Q2的栅极，是在该引脚输出PWM信号，并根据电池电压检测程序模块从P1.1引脚经A/D转换后取得的电压数值，确定当前电压属于低电量还是中电量还是满电量，然后从低电量充电控制程序模块、中电量充电控制程序模块、满电量充电控制程序模块中选择一个程序模块运行，进行智能充电。
上述方法中，第三步所述单片微计算机IC4工作在检测电池BT1电压状态，单片微计算机IC4调用电池电量显示程序模块根据电量显示LED1～LED4中的一个或是全部；放电时，若电量降到警戒线时，LED1闪烁，ALARM发出警示音。
根据上述方法设计制造一种有UPS功能开关电源适配器，所述开关电源适配器包括：
在开关电源的交流输入侧设置掉电捕获单元电路，由光电耦合器IC3A、二极管D7、电阻R8为主构成，光电耦合器IC3A将供电信号传输出去；
在开关电源的直流输出侧设置充电放电单元电路，其中的充电开关管Q2的漏极和放电开关管Q3的漏极都接在开关电源直流输出的正极；充电开关管Q2的源极通过一二极管D9连接电池BT1的正极，电池BT1的正极亦连接放电开关管Q3的源极；
在充电放电单元电路中设置一单片微计算机IC4，IC4的一个有A/D转换功能的输入引脚用于检测电池BT1的电压，IC4的一个中断引脚用于检测光电耦合器IC3B，IC4的一个输出引脚控制充电开关管Q2的栅极，IC4的再一个输出引脚控制放电开关管Q3的栅极。
所述充电开关管Q2选用N沟道场效应管，放电开关管Q3选用P沟道场效应管。
在电池BT1的正负两端之间连接电阻R35和R36，两电阻将电池电压分压后取样输入到P1.1引脚。
单片微计算机IC4的一个输出引脚连接充电开关管Q2的栅极，并在该引脚输出PWM信号，并根据当前电压属于低电量还是中电量还是满电量，然后确定PWM信号的频率、占空比。
所述单片微计算机IC4连接LED1～LED4电量指示灯以及电量不足报警器ALARM。
除了掉电捕获单元电路和充电放电单元电路之外，本发明是一个常规的开关电源适配器电路。
本发明的有益效果是：设置掉电捕获电路和充电放电电路，从AC掉电到切换成后备蓄电池对外供电，能在15mS时间之内完成，从而保证设备和电器不会断电。遵循蓄电池所要求的充电特性，设置单片微计算机和电池电量检测回路，单片微计算机通过检测被充电电池的端电压控制充电电流以及终止充电过程。
关电源中高压电解电容C1和其他电解电容储存了能量，电源的保持时间在15mS以上，开关电源充电器在15mS内给后端设备供电提供能量，从而可保证后端设备不掉电。
本技术把直流开关电源和UPS两个功能综合到一起,提高了实用性。
掉电捕获速度非常快, 利用高速光藕IC3，从AC市电掉电到切换成Q2导通给后端设备供电时间在15mS以内，合理选取高压电解电容C1的容量，可以使关电源充电器在AC掉电后，能持续给后端设备供电15mS以上，两者结合起来，这样真正做到即使AC市电掉电，但后端设备和电器不会断电。
将开关电源功能和UPS功能合二为一，并且改变了传统的UPS电源只能提供交流电，还要通过开关电源转换一次，才能给后端设备和电器供电，提高了能量转换效率，省去了UPS电源，节省了成本。
本发明特别适合家庭、办公室、个体企业或天网监控等小型用电设备需要降低成本又要预防突发停电状况的场合，这些场合单独配备UPS电源不经济，用本发明的产品就很合适，具备非常高的性价比。
本发明功率损失小，能效高，产品仍能符合国际最高能效等级VI标准。
附图说明
图1是本发明一种有UPS功能开关电源适配器及控制方法所涉及的电原理示意图；
图2是本发明一种有UPS功能开关电源适配器及控制方法中程序模块设置的示意图。
具体实施方式
下面结合附图并通过最佳实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
如图1、图2所示， 实施有UPS功能开关电源适配器的控制方法，包括：
第一步、首先在开关电源的交流输入侧设置掉电捕获单元电路21，由光电耦合器IC3A将供电信号传输出去；
第二步、然后在开关电源的直流输出侧设置充电放电单元电路31，所述充电放电单元电路31充电开关管Q2的漏极和放电开关管Q3的漏极都接在开关电源直流输出的正极；充电开关管Q2的源极通过一二极管D9连接电池BT1的正极，电池BT1的正极亦连接放电开关管Q3的源极；
第三步、在充电放电单元电路31中设置一单片微计算机IC4，IC4的一个有A/D转换功能的输入引脚用于检测电池BT1的电压，IC4的一个中断引脚用于检测光电耦合器IC3B，IC4的一个输出引脚控制充电开关管Q2的栅极，IC4的再一个输出引脚控制放电开关管Q3的栅极；
第四步、在单片微计算机IC4的程序存储器41之中装载掉电捕获程序模块42、电池电压检测程序模块43、低电量充电控制程序模块44、中电量充电控制程序模块45、满电量充电控制程序模块46、电池电量显示程序模块47、报警控制程序模块48和放电管理程序模块49，所述各个程序模块都可由主控处理器40调用并执行，暂存器50用于暂存运算过程中的数据；
第五步、当开关电源的交流输入端正常供电时，光电耦合器IC3B处于导通状态，反相器IC6输出高电平，单片微计算机IC4工作在检测电池BT1电压状态，若电池BT1电量未达到满电量状态，则打开充电开关管Q2进行充电，若电池BT1电量达到满电量状态的极限值，则关闭充电开关管Q2防止过充电；
当开关电源的交流输入端断电时，光电耦合器IC3B立即截止，反相器IC6输出低电平，单片微计算机IC4立即中断，开通放电开关管Q3，由电池BT1对外供电。
上述方法中，第二步所述充电开关管Q2选用N沟道场效应管，放电开关管Q3选用P沟道场效应管。
上述方法中，第三步所述检测电池BT1的电压，是在电池BT1的正负两端之间连接电阻R35和R36，将电池电压分压后取样输入到P1.1引脚。
上述方法中，第三步所述IC4的一个输出引脚控制充电开关管Q2的栅极，是在该引脚输出PWM信号，并根据电池电压检测程序模块43从P1.1引脚经A/D转换后取得的电压数值，确定当前电压属于低电量还是中电量还是满电量，然后从低电量充电控制程序模块44、中电量充电控制程序模块45、满电量充电控制程序模块46中选择一个程序模块运行，进行智能充电。
上述方法中，第三步所述单片微计算机IC4工作在检测电池BT1电压状态，单片微计算机IC4调用电池电量显示程序模块47根据电量显示LED1～LED4中的一个或是全部；放电时，若电量低到警戒线时，LED1闪烁，ALARM发出警示音。
制造一种有UPS功能开关电源适配器，所述开关电源适配器包括：
在开关电源的交流输入侧设置掉电捕获单元电路21，由光电耦合器IC3A、二极管D7、电阻R8为主构成，光电耦合器IC3A将供电信号传输出去；
在开关电源的直流输出侧设置充电放电单元电路31，其中的充电开关管Q2的漏极和放电开关管Q3的漏极都接在开关电源直流输出的正极；充电开关管Q2的源极通过一二极管D9连接电池BT1的正极，电池BT1的正极亦连接放电开关管Q3的源极；
在充电放电单元电路31中设置一单片微计算机IC4，IC4的一个有A/D转换功能的输入引脚用于检测电池BT1的电压，IC4的一个中断引脚用于检测光电耦合器IC3B，IC4的一个输出引脚控制充电开关管Q2的栅极，IC4的再一个输出引脚控制放电开关管Q3的栅极。
所述充电开关管Q2选用N沟道场效应管，放电开关管Q3选用P沟道场效应管。
在电池BT1的正负两端之间连接电阻R35和R36，两电阻将电池电压分压后取样输入到P1.1引脚。
单片微计算机IC4的一个输出引脚连接充电开关管Q2的栅极，并在该引脚输出PWM信号，并根据当前电压属于低电量还是中电量还是满电量，然后确定PWM信号的频率、占空比。
所述单片微计算机IC4连接LED1～LED4电量指示灯以及电量不足报警器ALARM。
如图1所示，除了掉电捕获单元电路21和充电放电单元电路31之外，其他的电路是一个常规的开关电源适配器电路。
如图2所示，放电管理程序模块49不需要PWM控制，只是在电池电压跌到报警线时，关断Q3即可。
IC4可以选用STC12C5201系列，当然，能够胜任此工作的MCU很多，也有更加廉价的MCU可供选择。
IC3选用高速光耦，可以确保15ms以内完成电池切换。
Q2和Q3可以选用的型号非常多，在此不一一例举。
以上内容仅为本发明的较佳实施例，对于本领域的普通技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式和应用范围上均会有改变之处，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种有UPS功能开关电源适配器的控制方法，其特征存于，所述方法包括：
第一步、首先在开关电源的交流输入侧设置掉电捕获单元电路（21），由光电耦合器IC3A将供电信号传输出去；
第二步、然后在开关电源的直流输出侧设置充电放电单元电路（31），所述充电放电单元电路（31）充电开关管Q2的漏极和放电开关管Q3的漏极都接在开关电源直流输出的正极；充电开关管Q2的源极通过一二极管D9连接电池BT1的正极，电池BT1的正极亦连接放电开关管Q3的源极；
第三步、在充电放电单元电路（31）中设置一单片微计算机IC4，IC4的一个有A/D转换功能的输入引脚用于检测电池BT1的电压，IC4的一个中断引脚用于检测光电耦合器IC3B，IC4的一个输出引脚控制充电开关管Q2的栅极，IC4的再一个输出引脚控制放电开关管Q3的栅极；
第四步、在单片微计算机IC4的程序存储器（41）之中装载掉电捕获程序模块（42）、电池电压检测程序模块（43）、低电量充电控制程序模块（44）、中电量充电控制程序模块（45）、满电量充电控制程序模块（46）、电池电量显示程序模块（47）、报警控制程序模块（48）和放电管理程序模块（49），所述各个程序模块都可由主控处理器（40）调用并执行，暂存器（50）用于暂存运算过程中的数据；
第五步、当开关电源的交流输入端正常供电时，光电耦合器IC3B处于导通状态，反相器IC6输出高电平，单片微计算机IC4工作在检测电池BT1电压状态，若电池BT1电量未达到满电量状态，则打开充电开关管Q2进行充电，若电池BT1电量达到满电量状态的极限值，则关闭充电开关管Q2防止过充电；
当开关电源的交流输入端断电时，光电耦合器IC3B立即截止，反相器IC6输出低电平，单片微计算机IC4立即中断，开通放电开关管Q3，由电池BT1对外供电。
2.根据权利要求1所述的有UPS功能开关电源适配器的控制方法，其特征在于，第二步所述充电开关管Q2选用N沟道场效应管，放电开关管Q3选用P沟道场效应管。
3.根据权利要求1所述的有UPS功能开关电源适配器的控制方法，其特征在于，第三步所述检测电池BT1的电压，是在电池BT1的正负两端之间连接电阻R35和R36，将电池电压分压后取样输入到P1.1引脚。
4.根据权利要求l所述的有UPS功能开关电源适配器的控制方法，其特征在于，第三步所述IC4的一个输出引脚控制充电开关管Q2的栅极，是在该引脚输出PWM信号，并根据电池电压检测程序模块（43）从P1.1引脚经A/D转换后取得的电压数值，确定当前电压属于低电量还是中电量还是满电量，然后从低电量充电控制程序模块（44）、中电量充电控制程序模块（45）、满电量充电控制程序模块（46）中选择一个程序模块运行，进行智能充电。
5.根据权利要求1所述的有UPS功能开关电源适配器的控制方法，其特征在于，第三步所述单片微计算机IC4工作在检测电池BT1电压状态，单片微计算机IC4调用电池电量显示程序模块（47）根据电量显示LED1～LED4中的一个或是全部；放电时，若电量降到警戒线时，LED1闪烁，ALARM发出警示音。
6.一种有UPS功能开关电源适配器，其特征在于，所述开关电源适配器包括：
在开关电源的交流输入侧设置掉电捕获单元电路（21），由光电耦合器IC3A、二极管D7、电阻R8为主构成，光电耦合器IC3A将供电信号传输出去；
在开关电源的直流输出侧设置充电放电单元电路（31），其中的充电开关管Q2的漏极和放电开关管Q3的漏极都接在开关电源直流输出的正极；充电开关管Q2的源极通过一二极管D9连接电池BT1的正极，电池BT1的正极亦连接放电开关管Q3的源极；
在充电放电单元电路（31）中设置一单片微计算机IC4，IC4的一个有A/D转换功能的输入引脚用于检测电池BT1的电压，IC4的一个中断引脚用于检测光电耦合器IC3B，IC4的一个输出引脚控制充电开关管Q2的栅极，IC4的再一个输出引脚控制放电开关管Q3的栅极。
7.根据权利要求6所述的有UPS功能开关电源适配器，其特征在于，所述充电开关管Q2选用N沟道场效应管，放电开关管Q3选用P沟道场效应管。
8.根据权利要求6所述的有UPS功能开关电源适配器，其特征在于，在电池BT1的正负两端之间连接电阻R35和R36，两电阻将电池电压分压后取样输入到P1.1引脚。
9.根据权利要求6所述的有UPS功能开关电源适配器，其特征在于，单片微计算机IC4的一个输出引脚连接充电开关管Q2的栅极，并在该引脚输出PWM信号，并根据当前电压属于低电量还是中电量还是满电量，然后确定PWM信号的频率、占空比。
10.根据权利要求6所述的有UPS功能开关电源适配器，其特征在于，所述单片微计算机IC4连接LED1～LED4电量指示灯以及电量不足报警器ALARM。
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