CN115856702B - 一种ups电源检测装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种UPS电源检测装置，涉及电源控制技术领域，包括智能控制模块，用于接收信号并控制模块的工作；UPS充放电模块，用于UPS电源电路的充放电控制；超级电容充放电模块，用于过压检测和超级电容电路的充放电控制；装备电源充放电模块，用于装置电源电路的充放电控制；逆变稳压模块，用于逆变稳压处理；脉冲输出调节模块，用于将脉冲信号转换为正弦波信号；输出状态检测模块，用于对输出的电能进行采样并进行信号叠加处理。本发明UPS电源检测装置采用UPS电源完成不间断电源的控制，并对UPS电源进行过压检测，过压时超级电容分担电能，为装置电源电路提供电能，并分析逆变后的电能状态，以便控制装置电源电路的放电工作。

Description

一种UPS电源检测装置

技术领域

本发明涉及电源控制技术领域，具体是一种UPS电源检测装置。

背景技术

电池作为众多电子、工业产品的动力来源，使用广泛，特别是为了实现不间断供电控制，采用USP（Uninterruptible Power Supply，不间断电源）的方式持续为电子、工业产品提供备用电能，为了保证UPS电源的正常工作，需要UPS电源检测装置对UPS电源进行实时检测，现有的UPS电源检测装置采用移动电源的方式可方便、实时对UPS电源进行检测，但是由于UPS电源检测装置的续航能力不足，导致无法对UPS电源进行长期检测，降低对UPS电源的检测力度，并且由于储能的周期时间较长，无法很好对UPS电源起到长期的监测功能，并且现有的UPS电源检测装置缺少对于UPS电源逆变后的电能检测手段，导致无法准确了解整体的UPS电源工作状态，因此有待改进。

发明内容

本发明实施例提供一种UPS电源检测装置，以解决上述背景技术中提出的问题。

依据本发明实施例的第一方面，该UPS电源检测装置包括：电源整流模块，智能控制模块，UPS充放电模块，超级电容充放电模块，装备电源充放电模块，逆变稳压模块，脉冲输出调节模块，输出状态检测模块；

所述电源整流模块，用于对输入的交流电进行可控整流处理并输出直流电；

所述智能控制模块，用于输出驱动信号并控制所述电源整流模块、UPS充放电模块、超级电容充放电模块、装备电源充放电模块、放电控制模块和逆变稳压模块的工作，用于接收输出脉冲信号并接收所述输出状态检测模块反馈的信号；

所述UPS充放电模块，与所述电源整流模块和智能控制模块连接，用于控制UPS电源电路的充放电工作；

所述超级电容充放电模块，与所述UPS充放电模块和智能控制模块连接，用于检测所述UPS电源电路的电压情况并控制超级电容电路的充电工作，用于控制超级电容的放电工作，

所述装备电源充放电模块，与所述超级电容充放电模块和智能控制模块连接，用于通过装置电源电路存储所述超级电容充放电模块输出的电能，用于控制装置电源电路的放电工作；

所述逆变稳压模块，与所述UPS充放电模块和装备电源充放电模块连接，用于接收UPS充放电模块和装备电源充放电模块输出的电能并进行逆变稳压处理，用于输出交流电；

所述脉冲输出调节模块，与所述智能控制模块连接，用于接收所述智能控制模块输出的脉冲信号并转换为正弦波信号；

所述输出状态检测模块，与所述逆变稳压模块、智能控制模块和脉冲输出调节模块连接，用于对逆变稳压模块输出的电能进行电压采样并输出基准正弦电压信号，用于将基准正弦电压信号与所述正弦波信号进行叠加并输出叠加信号。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明UPS电源检测装置由UPS充放电模块进行充放电控制，以便完成不间断电源的控制，同时由超级电容充放电模块对UPS电源进行过压检测，在过压时，超级电容会分担一部分电能，使UPS电源维持正常的状态，并且超级电容存储的电能可为装备电源充放电模块提供电能，以便维持UPS电源检测装置长期工作，且不会过多消耗UPS电源的电能，实现节能控制，并由脉冲输出调节模块和输出状态检测模块分析逆变后的电能是否无电、是否幅值波动等，以便通过智能控制模块控制装置电源的放电工作，提高UPS电源检测装置的智能度和功能多样性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例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获得其他的附图。

图1为本发明实例提供的UPS电源检测装置的原理方框示意图。

图2为本发明实例提供的UPS电源检测装置的电路图。

图3为本发明实例提供的脉冲输出调节模块和输出状态检测模块的连接电路图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1，请参阅图1，一种UPS电源检测装置包括：电源整流模块1，智能控制模块2，UPS充放电模块3，超级电容充放电模块4，装备电源充放电模块5，逆变稳压模块6，脉冲输出调节模块7，输出状态检测模块8；

具体地，所述电源整流模块1，用于对输入的交流电进行可控整流处理并输出直流电；

智能控制模块2，用于输出驱动信号并控制所述电源整流模块1、UPS充放电模块3、超级电容充放电模块4、装备电源充放电模块5、放电控制模块和逆变稳压模块6的工作，用于接收输出脉冲信号并接收所述输出状态检测模块8反馈的信号；

UPS充放电模块3，与所述电源整流模块1和智能控制模块2连接，用于控制UPS电源电路的充放电工作；

超级电容充放电模块4，与所述UPS充放电模块3和智能控制模块2连接，用于检测所述UPS电源电路的电压情况并控制超级电容电路的充电工作，用于控制超级电容的放电工作，

装备电源充放电模块5，与所述超级电容充放电模块4和智能控制模块2连接，用于通过装置电源电路存储所述超级电容充放电模块4输出的电能，用于控制装置电源电路的放电工作；

逆变稳压模块6，与所述UPS充放电模块3和装备电源充放电模块5连接，用于接收UPS充放电模块3和装备电源充放电模块5输出的电能并进行逆变稳压处理，用于输出交流电；

脉冲输出调节模块7，与所述智能控制模块2连接，用于接收所述智能控制模块2输出的脉冲信号并转换为正弦波信号；

输出状态检测模块8，与所述逆变稳压模块6、智能控制模块2和脉冲输出调节模块7连接，用于对逆变稳压模块6输出的电能进行电压采样并输出基准正弦电压信号，用于将基准正弦电压信号与所述正弦波信号进行叠加并输出叠加信号。

在具体实施例中，上述电源整流模块1可采用可调整流电路进行高精度整流处理，在此不做赘述；上述智能控制模块2可采用微控制电路和驱动电路，其中微控制电路可采用，但并不限于DSP、单片机等微控制器实现信号处理和逻辑控制。驱动电路可根据所驱动的功率管类型进行选择，在此不做赘述；上述UPS充放电模块3可采用boost-buck双向充放电电路实现对UPS电源的充放电控制；上述超级电容充放电模块4可采用过压检测控制电路和功率管电路，实现对UPS的过压检测和对超级电容电路的充电控制，还可采用boost电路实现超级电容的放电控制；上述装备电源充放电模块5可采用该检测装置内部的装置电源电路接收超级电容电路输出的电能，还可采用boost电路对装置电源电路进行放电控制；上述逆变稳压模块6采用功率管控制电路，配合智能控制模块2，实现逆变和稳压的功能；上述脉冲输出调节模块7可采用移相电路和低通滤波电路对智能控制模块2输出的脉冲信号进行移相和滤波处理，以便得到一个与逆变稳压模块6输出电能幅值和相位相等的信号；上述输出状态检测模块8可采用采样电路进行电能采样，还可采用三极管叠加电路对输入的信号进行叠加处理，以便得知输出电能的相位幅值变化情况。

实施例2，在实施例1的基础上，请参阅图2和图3，所述UPS充放电模块3包括第一调节管Q1、第二调节管Q2、第一电感L1、UPS电源；所述逆变稳压模块6包括第三调节管Q3、第四调节管Q4、第二电感L2、第二电容C2和输出端口；

具体地，所述第一调节管Q1的集电极和第三调节管Q3的集电极连接所述电源整流模块1的第一端，电源整流模块1的第二端连接第二调节管Q2的发射极和UPS电源的负极，第一调节管Q1的发射极连接第二调节管Q2的集电极并通过第一电感L1连接UPS电源的正极和所述超级电容充放电模块4，第三调节管Q3的发射极连接第四调节管Q4的集电极并通过第二电感L2连接第二电容C2的一端和输出端口，第四调节管Q4的发射极和第二电容C2的另一端均接地，第一调节管Q1的栅极、第二调节管Q2的栅极、第三调节管Q3的栅极和第四调节管Q4的栅极均连接所述智能控制模块2。

在具体实施例中，上述第一调节管Q1、第二调节管Q2、第三调节管Q3和第四调节管Q4均可选用IGBT管，其中第一调节管Q1和第二调节管Q2用于充放电控制，第三调节管Q3和第四调节管Q4用于逆变控制。

进一步地，所述超级电容充放电模块4包括第四电阻R4、第五电阻R5、第二电阻R2、第三电阻R3、第一功率管M1、第一开关管VT1、第一电位器RP1、第六电阻R6、第一稳压管VD1、第一二极管D1、超级电容；

具体地，所述第四电阻R4的一端、第二电阻R2的一端和第一功率管M1的源极均连接所述UPS电源的正极，第二电阻R2的另一端连接第一功率管M1的栅极并通过第三电阻R3连接第一开关管VT1的集电极，第一开关管VT1的基极通过第六电阻R6连接第一稳压管VD1的阳极，第一稳压管VD1的阴极连接第一电位器RP1的滑片端并通过第一电位器RP1连接第四电阻R4的另一端和第五电阻R5的一端，第五电阻R5的另一端连接地端，第一功率管M1的漏极连接第一二极管D1的阳极，第一二极管D1的阴极连接超级电容的正极，超级电容的负极连接所述电源整流模块1的第二端，第一开关管VT1的发射极连接地端。

在具体实施例中，上述第一功率管M1可选用P沟道增强型MOS管；上述第四电阻R4和第五电阻R5组成电阻分压电路；上述第一电位器RP1和第一稳压管VD1用于过压检测；上述第一开关管VT1可选用NPN型三极管，用于控制第一功率管M1的闭断。

进一步地，所述超级电容充放电模块4还包括第二二极管D2、第三电感L3、第二功率管M2、第四二极管D4、第一电容C1；所述智能控制模块2包括第一控制器U1；

具体地，所述第二二极管D2的阳极连接所述超级电容的正极，第二二极管D2的阴极通过第三电感L3连接第二功率管M2的漏极和第四二极管D4的阳极，第四二极管D4的阴极通过第一电容C1连接地端和第二功率管M2的源极，第二功率管M2的栅极连接所述第一控制器U1的第一IO端。

在具体实施例中，上述第三电感L3、第四二极管D4和第二功率管M2组成boost电路，其中第二控制管可选用N沟道增强型MOS管，由第一控制器U1控制；上述第二二极管D2用于防止电能回流；上述第一控制器U1可选用DSP微控制器，在此可选用，但并不限于TMS320F2812芯片。

进一步地，所述装备电源充放电模块5包括装置电源、第四电感L4、第五二极管D5、第三功率管M3；

具体地，所述装置电源的正极连接所述第四二极管D4的阴极并通过第四电感L4连接第五二极管D5的阳极和第三功率管M3的漏极，第五二极管D5的阴极连接所述电源整流模块1的第一端，第三功率管M3的源极连接地端，第三功率管M3的栅极连接所述第一控制器U1的第二IO端。

在具体实施例中，上述第三功率管M3可选用N沟道增强型MOS管，配合第四电感L4、第五二极管D5组成boost电路。

进一步地，所述脉冲输出调节模块7包括第一电阻R1、第十七电阻R17、第十六电阻R16、第十五电阻R15、第二运放A2、第十四电阻R14、第十八电阻R18、第四电容C4、第一运放A1、第十一电阻R11、第三电容C3；

具体地，所述第一电阻R1的一端连接所述第一控制器U1的第五IO端，第一电阻R1的另一端连接第二运放A2的同相端并通过第十七电阻R17连接地端，第二运放A2的反相端连接第十五电阻R15的一端并通过第十六电阻R16连接所述装置电源的第一输出端，第十五电阻R15的另一端和第二运放A2的输出端通过第十四电阻R14连接第十八电阻R18的一端和第四电容C4的一端，第十八电阻R18的另一端连接第一运放A1的同相端并通过第三电容C3连接地端，第四电容C4的另一端连接第一运放A1的反相端和第一运放A1的输出端和第十一电阻R11的第一端，第十一电阻R11的第二端连接所述输出状态检测模块8。

在具体实施例中，上述第一运放A1和第二运放A2均可选用，但并不限于LM324、LF444等四运算放大器，用于对输入的脉冲信号进行移相和滤波处理。

进一步地，所述输出状态检测模块8包括互感器、第六二极管D6、第三二极管D3、第七电阻R7、第八电阻R8、第十二电阻R12、第十三电阻R13、第四开关管VT4、第二开关管VT2、第三开关管VT3、第十电阻R10、第九电阻R9；

具体地，所述第十二电阻R12的一端和第十三电阻R13的一端均连接所述装置电源的第二输出端，第十二电阻R12的另一端连接第四开关管VT4的基极、第二开关管VT2的集电极和第三开关管VT3的发射极，第十三电阻R13的另一端连接第四开关管VT4的发射极和所述第一控制器U1的第四IO端，第四开关管VT4的集电极和第三开关管VT3的集电极均接地，第三开关管VT3的基极连接第二开关管VT2的发射极、第九电阻R9的第一端、所述第十一电阻R11的第二端和第十电阻R10的一端，第十电阻R10的另一端和第二开关管VT2的基极均接地，第九电阻R9的第二端连接互感器的第五端和第三二极管D3的阳极，互感器的第四端接地，互感器的第三端连接第六二极管D6的阳极，第六二极管D6的阴极连接第三二极管D3的阴极并通过第七电阻R7连接所述第一控制器U1的第三IO端和第八电阻R8的一端，第八电阻R8的另一端连接地端，互感器的第一端和第二端与所述输出端口连接。

在具体实施例中，上述第九电阻R9和第十电阻R10组成电阻分压电路，用于进行电压采样，第十一电阻R11和第十电阻R10组成电阻分压电路，用于输出一基准正弦信号，其中第九电阻R9和第十电阻R10输出的信号与第十一电阻R11和第十电阻R10输出的信号通过第十电阻R10进行叠加处理，通过判断第十电阻R10上的电位判断此时输出电能的特性；上述第七电阻R7和第八电阻R8组成电阻分压电路，用于进行电压采用；上述第三开关管VT3和第二开关管VT2均可选用NPN型三极管，第四开关管VT4可选用PNP型三极管，第三开关管VT3、第二开关管VT2和第四开关管VT4用于检测第十电阻R10上的电位值。

本发明一种UPS电源检测装置由电源整流模块1提供所需的直流电能，并通过第一调节管Q1和第二调节管Q2进行充放电控制，以便控制UPS电源充放电工作，实现UPS不间断供电，同时由第四电阻R4和第五电阻R5进行电压采样，当UPS电源出现过压时，第一稳压管VD1被击穿，第一开关管VT1导通，使得第一功率管M1导通，超级电容分担UPS电源的过压，并通过第一控制器U1控制第二功率管M2的工作，使得超级电容储能的电能升压传输给装置电源，由装置电源进行存储，同时UPS电源逆变后的电能由输出端口输出，采用互感器对输出端口输出的电能进行采样，由第十电阻R10输出采样的输出电压信号，同时第一控制器U1的第五端输出与输出端口输出的电能幅值和相位相同的脉冲信号，经过第一运放A1和第二运放A2进行移相和滤波处理，使得第十电阻R10再添加一个正弦信号，该正弦信号与采样的输出电压信号进行叠加，并叠加后的电压值为0，使得第二开关管VT2和第三开关管VT3均不导通，第一控制器U1判断此时电路正常，当不为0时，第一控制器U1判断输出的电能异常，将控制第三功率管M3导通，控制装置电源提供不间断电能。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (5)

1.一种UPS电源检测装置，其特征在于：

该UPS电源检测装置包括：电源整流模块，智能控制模块，UPS充放电模块，超级电容充放电模块，装备电源充放电模块，逆变稳压模块，脉冲输出调节模块，输出状态检测模块；

所述电源整流模块，用于对输入的交流电进行可控整流处理并输出直流电；

所述智能控制模块，用于输出驱动信号并控制所述电源整流模块、UPS充放电模块、超级电容充放电模块、装备电源充放电模块、放电控制模块和逆变稳压模块的工作，用于接收输出脉冲信号并接收所述输出状态检测模块反馈的信号；

所述UPS充放电模块，与所述电源整流模块和智能控制模块连接，用于控制UPS电源电路的充放电工作；

所述超级电容充放电模块，与所述UPS充放电模块和智能控制模块连接，用于检测所述UPS电源电路的电压情况并控制超级电容电路的充电工作，用于控制超级电容的放电工作，

所述装备电源充放电模块，与所述超级电容充放电模块和智能控制模块连接，用于通过装置电源电路存储所述超级电容充放电模块输出的电能，用于控制装置电源电路的放电工作；

所述逆变稳压模块，与所述UPS充放电模块和装备电源充放电模块连接，用于接收UPS充放电模块和装备电源充放电模块输出的电能并进行逆变稳压处理，用于输出交流电；

所述脉冲输出调节模块，与所述智能控制模块连接，用于接收所述智能控制模块输出的脉冲信号并转换为正弦波信号；

所述输出状态检测模块，与所述逆变稳压模块、智能控制模块和脉冲输出调节模块连接，用于对逆变稳压模块输出的电能进行电压采样并输出基准正弦电压信号，用于将基准正弦电压信号与所述正弦波信号进行叠加并输出叠加信号；

所述脉冲输出调节模块包括第一电阻、第十七电阻、第十六电阻、第十五电阻、第二运放、第十四电阻、第十八电阻、第四电容、第一运放、第十一电阻、第三电容；所述智能控制模块包括第一控制器；所述装备电源充放电模块包括装置电源；

所述第一电阻的一端连接所述第一控制器的第五IO端，第一电阻的另一端连接第二运放的同相端并通过第十七电阻连接地端，第二运放的反相端连接第十五电阻的一端并通过第十六电阻连接所述装置电源的第一输出端，第十五电阻的另一端和第二运放的输出端通过第十四电阻连接第十八电阻的一端和第四电容的一端，第十八电阻的另一端连接第一运放的同相端并通过第三电容连接地端，第四电容的另一端连接第一运放的反相端和第一运放的输出端和第十一电阻的第一端，第十一电阻的第二端连接所述输出状态检测模块；

所述输出状态检测模块包括互感器、第六二极管、第三二极管、第七电阻、第八电阻、第十二电阻、第十三电阻、第四开关管、第二开关管、第三开关管、第十电阻、第九电阻；所述逆变稳压模块包括输出端口；

所述第十二电阻的一端和第十三电阻的一端均连接所述装置电源的第二输出端，第十二电阻的另一端连接第四开关管的基极、第二开关管的集电极和第三开关管的发射极，第十三电阻的另一端连接第四开关管的发射极和所述第一控制器的第四IO端，第四开关管的集电极和第三开关管的集电极均接地，第三开关管的基极连接第二开关管的发射极、第九电阻的第一端、所述第十一电阻的第二端和第十电阻的一端，第十电阻的另一端和第二开关管的基极均接地，第九电阻的第二端连接互感器的第五端和第三二极管的阳极，互感器的第四端接地，互感器的第三端连接第六二极管的阳极，第六二极管的阴极连接第三二极管的阴极并通过第七电阻连接所述第一控制器的第三IO端和第八电阻的一端，第八电阻的另一端连接地端，互感器的第一端和第二端与所述输出端口连接。

2.根据权利要求1所述的一种UPS电源检测装置，其特征在于，所述UPS充放电模块包括第一调节管、第二调节管、第一电感、UPS电源；所述逆变稳压模块还包括第三调节管、第四调节管、第二电感、第二电容；

所述第一调节管的集电极和第三调节管的集电极连接所述电源整流模块的第一端，电源整流模块的第二端连接第二调节管的发射极和UPS电源的负极，第一调节管的发射极连接第二调节管的集电极并通过第一电感连接UPS电源的正极和所述超级电容充放电模块，第三调节管的发射极连接第四调节管的集电极并通过第二电感连接第二电容的一端和输出端口，第四调节管的发射极和第二电容的另一端均接地，第一调节管的栅极、第二调节管的栅极、第三调节管的栅极和第四调节管的栅极均连接所述智能控制模块。

3.根据权利要求2所述的一种UPS电源检测装置，其特征在于，所述超级电容充放电模块包括第四电阻、第五电阻、第二电阻、第三电阻、第一功率管、第一开关管、第一电位器、第六电阻、第一稳压管、第一二极管、超级电容；

所述第四电阻的一端、第二电阻的一端和第一功率管的源极均连接所述UPS电源的正极，第二电阻的另一端连接第一功率管的栅极并通过第三电阻连接第一开关管的集电极，第一开关管的基极通过第六电阻连接第一稳压管的阳极，第一稳压管的阴极连接第一电位器的滑片端并通过第一电位器连接第四电阻的另一端和第五电阻的一端，第五电阻的另一端连接地端，第一功率管的漏极连接第一二极管的阳极，第一二极管的阴极连接超级电容的正极，超级电容的负极连接所述电源整流模块的第二端，第一开关管的发射极连接地端。

4.根据权利要求3所述的一种UPS电源检测装置，其特征在于，所述超级电容充放电模块还包括第二二极管、第三电感、第二功率管、第四二极管、第一电容；

所述第二二极管的阳极连接所述超级电容的正极，第二二极管的阴极通过第三电感连接第二功率管的漏极和第四二极管的阳极，第四二极管的阴极通过第一电容连接地端和第二功率管的源极，第二功率管的栅极连接所述第一控制器的第一IO端。

5.根据权利要求4所述的一种UPS电源检测装置，其特征在于，所述装备电源充放电模块还包括第四电感、第五二极管、第三功率管；

所述装置电源的正极连接所述第四二极管的阴极并通过第四电感连接第五二极管的阳极和第三功率管的漏极，第五二极管的阴极连接所述电源整流模块的第一端，第三功率管的源极连接地端，第三功率管的栅极连接所述第一控制器的第二IO端。

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