CN1327589C - 不间断电源系统市电恢复自启动装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了交流不间断电源系统领域的一种不间断电源系统市电恢复自启动装置，包括市电恢复检测单元(101)、启动单元(102)、辅助电源控制单元(103)、UPS控制单元(104)、电池供电单元(105)，利用UPS在电池工作模式下放电过低自保护关机后，启动单元(102)的上电闭合面板开关一直闭合的有利条件，同时解决原启动回路由于其中电容的电压充满而不能导通的问题，当市电恢复时，通过另一条回路建立起UPS辅助电源，克服了现有技术中存在的自启动装置电路复杂、体积大且不适合UPS自启动的缺点，以简单的电路组合实现了UPS市电恢复后的自启动。

Description

不间断电源系统市电恢复自启动装置

技术领域

本发明涉及交流不间断电源系统，尤其涉及一种用于市电恢复正常时不间断电源系统(UPS，Uninterruptible Power System)自启动的系统。

背景技术

在计算机网络及电信网络迅猛发展的推动下，对智能型的UPS的需求也迅速增加。当UPS在运行过程中因市电输送出现故障或因其他原因中断时，UPS的蓄电池组立即承担起向逆变器供电的工作，随着工作时间的延长，蓄电池组的端电压将逐渐下降，当该端电压下降到电池电压过低阀值时，为防止蓄电池组因过度放电而损坏，UPS将通过电池电压过低保护电路将逆变器置于关机状态。为降低人力资源成本，UPS电源在自保护关机后一旦市电恢复应能重新自启动，而不需要人为的操作。

目前常用的自启动装置，主要用于电机的自启动，通过大量的继电器和单稳态触发器对功率回路进行控制，电路复杂，体积大，且主要用于电机的自启动，电机启动采用的是交流接触器，而UPS需要直流蓄电池组或将交流电源整流处理后和电池并联一起作为辅助电源的备份供电单元，故现有技术中的自启动装置不适用于UPS。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中存在的自启动装置电路复杂、体积大、且不适合UPS自启动的缺点，提供一种自启动装置，使得UPS因市电不正常在电池工作模式下放电过低自保护关机后遇到市电恢复能自启动。

为实现上述目的，本发明构造了一种不间断电源系统市电恢复自启动装置，包括辅助电源控制单元、UPS控制单元、电池供电单元，其特征在于，还包括市电恢复检测单元、启动单元，所述电池供电单元在UPS电池工作模式下向所述启动单元和所述辅助电源控制单元供电，所述辅助电源控制单元建立稳定的辅助电源和回馈电源，并将回馈电源回送至所述启动单元，所述UPS控制单元通过所述辅助电源控制单元控制整个UPS；UPS因所述电池供电单元电压下降自保护关机后，一旦市电恢复，所述市电恢复检测单元接收市电恢复信号，并通过光耦隔离将其转换成低压方波信号，输入所述启动单元；所述启动单元接收该市电恢复低压方波信号，并将其转换成一瞬间脉冲信号输入所述辅助电源控制单元，建立辅助电源。

本发明利用UPS在电池工作模式下放电过低自保护关机后，启动单元的上电闭合面板开关一直闭合，电池电压仍然加在启动单元主回路上的有利条件，同时解决原启动回路由于其中电容的电压充满而不能导通的问题，当市电恢复时，通过另一个回路建立起UPS的辅助电源，以简单的电路组合实现了UPS市电恢复后的自启动，从而克服了现有技术中存在的自启动装置电路复杂、且不适合UPS自启动的缺点。

附图说明

图1是本发明所述UPS市电恢复自启动装置结构图。

图2是本发明所述UPS市电恢复自启动装置电路图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的说明。

图1是本发明所述UPS市电恢复自启动装置结构图，所述UPS市电恢复自启动装置，包括辅助电源控制单元103、UPS控制单元104、电池供电单元105，其特征在于，还包括市电恢复检测单元101、启动单元102，所述电池供电单元105在UPS电池工作模式下向所述启动单元102和所述辅助电源控制单元103供电，所述辅助电源控制单元103建立稳定的辅助电源和回馈电源，并将回馈电源回送至所述启动单元102，所述UPS控制单元104通过所述辅助电源控制单元103控制整个UPS；UPS电源因所述电池供电单元105电压下降自保护关机后，一旦市电恢复，所述市电恢复检测单元101接收市电恢复信号，并通过光耦隔离将其转换成低压方波信号，输入所述启动单元102；所述启动单元102接收该市电恢复低压方波信号，并将其转换成一瞬间脉冲信号输入所述辅助电源控制单元103，建立辅助电源。

UPS在市电不正常时采用电池工作模式，电池供电单元105放电过低自保护关机后，启动单元102中的上电闭合面板开关一直闭合，电池电压还加在启动单元102的主回路上，本发明同时解决了原启动回路由于其中电容的电压充满而不能导通的问题，经另一条通路建立起UPS辅助电源，UPS根据UPS控制单元104关机前的存储信息重新开始工作。

图2是本发明所述UPS市电恢复自启动装置电路图。当市电不正常时，UPS处于电池工作模式下，电池供电单元105通过启动单元102向辅助电源控制单元103供电，所述启动单元102包括上电闭合面板开关S1、电阻R4、电阻R5、电阻R6、电阻R7、电阻R8、电阻R9、电阻R10、电阻R11、电阻R12、电阻R13、电阻R14、电容C1、电容C2、二极管VD2、二极管VD3、二极管VD4、NPN型三极管VT1和PNP型三极管VT2，所述上电闭合面板开关S1一端接所述电池供电单元105，另一端接所述电阻R4和所述电阻R8，所述电阻R8的另一端与所述电阻R13的一端相连，所述电阻R13的另一端同时连接所述电阻R9、所述电阻R14和所述三极管VT2的发射极，并通过二极管VD6的阴极与所述辅助电源控制单元103的回馈电源相连，所述电阻R14的另一端接地，所述电阻R9的另一端连接所述三极管VT2的基极，并通过所述电阻R11与所述三极管VT1的集电极连接，所述三极管VT2的集电极连接所述辅助电源控制单元103，所述电阻R10和所述电阻R12串联，所述电阻R10的另一端通过所述二极管VD5与所述辅助电源控制单元103连接；所述电阻R4与所述光耦D1、所述电阻R5的一端连接，并通过所述电容C1、所述二极管VD2连接所述三极管VT1的基极，所述二极管VD2同时连接电阻R6，所述电阻R5、所述电阻R6、所述电阻R12和所述三极管VT1的发射极并联接地；所述光耦D1还通过所述电容C2、所述二极管VD3连接所述三极管VT1的基极，所述电阻R7一端连接所述电容C2，另一端连接所述二极管VD4的阳极并接地，所述二极管VD4的阴极连接所述电容C2的另一极板。

电池供电单元105通过启动单元102向辅助电源控制单元103供电的路径有两个，一路通过电阻R4、电容C1、二极管VD2给三极管VT1的基极一脉冲信号，三极管VT1导通，从而使得三极管VT2也导通，建立起辅助电源，同时，通过自绕组产生回馈电源106，另一路在辅助电源建立起来并正常工作后通过电阻R10把回馈电源电压加到三极管VT2的基极。当电容C1充电完成时，电池供电单元105不能再通过原启动回路向启动单元102供电，而由回馈电源106代替它通过电阻R10和二极管VD5给启动单元102供电，使得辅助电源控制单元103获得供电。其中，电阻R4、电阻R5、电阻R6和电容C1的选择要满足三极管VT1工作电压范围的要求，电阻R5、电阻R6为电容C1的放电回路电阻，电阻R4、电阻R5、电阻R6的取值根据UPS蓄电池的电压来选取，如果用R表示电阻R5、R6的并联阻值，即 $R=\frac{R5\×R6}{R5+R6}$ Vbat表示电池电压，则有 $\frac{R}{R+R4}\·\mathrm{Vbat}\≥(1+0.7)V,$ 电容C1取值为47uF到200uF，因此，若选择电池电压为274VDC，则可取电阻R4＝240k，电阻R5＝4.7k，电阻R6＝22k，电解电容C1＝100uF/35V，即C1的容量取100uF，额定电压为35V；同样，电阻R8、电阻R13和电阻R14的选择要满足三极管VT2工作电压范围的要求，即有 $\frac{R14}{R8+R13+R14}\·\mathrm{Vbat}\≥18V,$ 因此，实际操作中可取电阻R8＝24k，电阻R13＝10k，电阻R14＝8.2k；电阻R7、电容C2的选择也要满足VT1工作电压范围的要求，设R₀为三个电阻R7、R5、R6并联后的阻值，Vbat表示电池电压，则有 $\frac{R_0}{R_0+R4}\·\mathrm{Vbat}\≥(1+0.7)V,$ 电容C2取值为47uF到200uF，实践中，取电阻R7＝68k，电解电容C2＝100uF/35V，即C2的容量取100uF，额定电压为35V。

随着UPS蓄电池组工作时间的延长，蓄电池组的端电压将逐渐下降，当该端电压下降到电池电压过低阀值时，为防止蓄电池组因过度放电而损坏，UPS将通过电池电压过低保护电路自动关机，在UPS控制单元104向辅助电源控制单元103发出自保护关机信号后，辅助电源关断脉冲而将整个UPS电源系统关闭，关机后启动单元102中的上电闭合面板开关S1仍然闭合，但由于电容C1已在关机前充电完成，且其两极板间电压不能随着UPS关机而下降，当市电恢复时，电源不能再通过原启动路径经启动单元102向辅助电源控制单元103供电。此时，市电正半波电压使得市电恢复检测单元101的光耦D1导通，通过电阻R4、光耦D1、电容C2、二极管VD3给三极管VT1的基极一脉冲信号，从而使得辅助电源控制单元103获得电源供电，系统重新启动。所述市电恢复检测单元101除包括光耦D1外还包括电阻R1、电阻R2、电阻R3和二极管VD1，所述电阻R1、电阻R2、电阻R3依次串联，所述电阻R1的另一端接电源，所述电阻R3的另一端接所述二极管VD1的阴极，所述二极管VD1的阳极接地，所述光耦D1原边发光二极管的阳极和阴极分别接所述二极管VD1的阴极和阳极。电阻R1、电阻R2和电阻R3的选择要满足光耦D1的工作电流范围的要求，若用Uin表示最低市电输入工作电压，则有 $\frac{\mathrm{Uin}}{R1+R2+R3}\≥1\mathrm{mA},$ 实际操作中，取电阻R1＝51k，电阻R2＝51k，电阻R3＝51k，二极管VD1力防接反二极管。

本发明所述UPS市电恢复自启动装置通过1个光耦，4个二极管、2个电容、2个三极管及若干电阻的组合，不仅实现了市电恢复自启动功能，还实现了关机控制等功能，控制电路简单，功能齐全。

Claims (7)

1、一种不间断电源系统市电恢复自启动装置，包括辅助电源控制单元(103)、UPS控制单元(104)、电池供电单元(105)，其特征在于，还包括市电恢复检测单元(101)、启动单元(102)，所述电池供电单元(105)在UPS电池工作模式下向所述启动单元(102)和所述辅助电源控制单元(103)供电，所述辅助电源控制单元(103)建立稳定的辅助电源和回馈电源，并将回馈电源回送至所述启动单元(102)，所述UPS控制单元(104)通过所述辅助电源控制单元(103)控制整个UPS；UPS电源因所述电池供电单元(105)电压下降自保护关机后，一旦市电恢复，所述市电恢复检测单元(101)接收市电恢复信号，并通过光耦隔离将其转换成低压方波信号，输入所述启动单元(102)；所述启动单元(102)接收该市电恢复低压方波信号，并将其转换成一瞬间脉冲信号输入所述辅助电源控制单元(103)，建立辅助电源。

2、根据权利要求1所述的不间断电源系统市电恢复自启动装置，其特征在于，所述市电恢复检测单元(101)包括电阻R1、电阻R2、电阻R3、第一二极管(VD1)和光耦(D1)，所述电阻R1、电阻R2、电阻R3依次串联，所述电阻R1的另一端接电源，所述电阻R3的另一端接所述第一二极管(VD1)的阴极，所述第一二极管(VD1)的阳极接地，所述光耦(D1)的原边发光二极管阳极和阴极分别接所述第一二极管(VD1)的阴极和阳极。

3、根据权利要求2所述的不间断电源系统市电恢复自启动装置，其特征在于，电阻R1、电阻R2和电阻R3的选择要满足光耦(D1)的工作电流范围的要求，即 $\frac{\mathrm{Uin}}{R1+R2+R3}\≥1\mathrm{mA},$ 其中，Uin表示最低市电输入工作电压，所述第一二极管(VD1)为防接反二极管。

4、根据权利要求2所述的不间断电源系统市电恢复自启动装置，其特征在于，所述电阻R1＝51k所述电阻R2＝51k，所述电阻R3＝51k。

5、根据权利要求1所述的不间断电源系统市电恢复自启动装置，其特征在于，所述启动单元(102)包括上电闭合面板开关(S1)、电阻R4、电阻R5、电阻R6、电阻R7、电阻R8、电阻R9、电阻R10、电阻R11、电阻R12、电阻R13、电阻R14、电容C1、电容C2、第二二极管(VD2)、第三二极管(VD3)、第四二极管(VD4)、第一三极管(VT1)和第二三极管(VT2)，所述上电闭合面板开关S1，一端接所述电池供电单元(105)，另一端接所述电阻R4和所述电阻R8，所述电阻R8的另一端与所述电阻R13的一端相连，所述电阻R13的另一端同时连接所述电阻R9、所述电阻R14和所述第二三极管(VT2)的发射极，并通过第六二极管(VD6)的阴极与所述辅助电源控制单元(103)的回馈电源相连，所述电阻R14的另一端接地，所述电阻R9的另一端连接所述第二三极管(VT2)的基极，并通过所述电阻R11与所述第一三极管(VT1)的集电极连接，所述第二三极管(VT2)的集电极连接所述辅助电源控制单元(103)，所述电阻R10和所述电阻R12串联，所述电阻R10的另一端通过所述第五二极管(VD5)与所述辅助电源控制单元(103)连接；

所述电阻R4与所述光耦(D1)原边发光二极管、所述电阻R5的一端连接，并通过所述电容C1、所述第二二极管(VD2)连接所述第一三极管(VT1)的基极，所述第二二极管(VD2)同时连接电阻R6，所述电阻R5、所述电阻R6、所述电阻R12和所述第一三极管(VT1)的发射极并联接地；

所述光耦(D1)的原边发光二极管还通过所述电容C2、所述第三二极管(VD3)连接所述第一三极管(VT1)的基极，所述电阻R7一端连接所述电容C2，另一端连接所述第四二极管(VD4)的阳极并接地，所述第四二极管(VD4)的阴极连接所述电容C2的另一极板。

6、根据权利要求5所述的不间断电源系统市电恢复自启动装置，其特征在于，所述第一三极管(VT1)为NPN型，所述第二三极管(VT2)为PNP型，所述电阻R4、电阻R5、电阻R6和电容C1的选择要满足所述第一三极管(VT1)工作电压范围的要求，即 $\frac{R}{R+R4}\·\mathrm{Vbat}\≥0.7V,$ 其中，R表示电阻R5、R6的并联阻值，即 $R=\frac{R5\×R6}{R5+R6},$ Vbat为电池电压，所述电容C1取值范围为47uF～200uF；所述电阻R8、电阻R13和电阻R14的选择要满足所述第二三极管(VT2)工作电压范围的要求，即 $\frac{R14}{R8+R13+R14}\·\mathrm{Vbat}\≥18V;$ 所述电容C2取值为47uF到200uF，所述电阻R7的选择也要满足所述第一三极管(VT1)工作电压范围的要求，即 $\frac{R_0}{R_0+R4}\·\mathrm{Vbat}\≥(1+0.7)V,$ 其中，Vbat为电池电压，电阻R₀为所述电阻R7、电阻R5、电阻R6三个电阻并联后的阻值。

7、根据权利要求6所述的不间断电源系统市电恢复自启动装置，其特征在于，所述电池电压Vbat为274VDC，所述电阻R4＝240k，所述电阻R5＝4.7k，所述电阻R6＝22k，所述电容C1容量取100uF，额定电压为35V；所述电阻R8＝24k，所述电阻R13＝10k，所述电阻R14＝8.2k；所述电阻R7＝68k，所述电容C2容量取100uF，额定电压为35V。

Images