CN202384827U - Ups维护仪 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于UPS技术领域，具体公开了一种UPS维护仪器。它包括高速转换开关阵列、高速转换驱动电路、阻性负载、采集检测模块、温度检测电路、控制输入电路、以及中央处理器。本实用新型采用高速转换技术，将负载设备的电源由UPS输出瞬间切换到市电直接接入从而在保证负载设备不断电的情况下，对UPS电池进行恒压、恒流放电。当该设备自动计算的放电容量到达时，再瞬间由市电供电自动转换至UPS电源供电状态，从而确保在整个维护过程中，负载设备不会中断工作，以激活UPS电源蓄电池，延长UPS电源电池使用寿命。因此，采用本实用新型不仅维护便捷，且可延长UPS电源电池使用寿命。

Description

UPS维护仪

技术领域

本实用新型属于UPS技术领域，具体涉及一种UPS维护仪器。

背景技术

UPS是不间断电源(Uninterruptible Power System)的英文简称，是能够提供持续、稳定、不间断的电源供应的重要外部设备。UPS的主要功能包括以下两个方面：在供电出现异常时，有效地净化供电；供电突然中断时，能够在一定时间内持续给计算机、仪器仪表等电气设备供电。

随着社会的进步、企业生产发展对供电保障要求越来越高，UPS逐步广泛应用于银行、电力、交通、电信、企业安全生产、计算机系统、特殊设备等供电系统中。随着信息化社会的发展，UPS广泛地应用于从信息采集、传送、处理、储存到应用的各个环节，其重要性是随着信息应用重要性的日益提高而增加的。

UPS作为一种集数字、模拟电路、自动控制逆变器、以及免维护贮能装置于一体的电力电子设备，在正常使用情况下，UPS由市电供电，逆变器不工作，其它逻辑控制部件虽然处于上电状态，但都是低电压、低功耗。在市电异常时，逆变大功率开关管工作时间比较短，所以出现故障的概率也是比较低的。UPS出现故障，大多数是由于用户使用不当所造成。因此，正确使用及维护UPS是非常重要的。

在一个不间断电源(UPS)系统中，可以说蓄电池是这个系统的支柱，没有电池的UPS只能称作稳压稳频(CVCF)电源。UPS所以能够实现不间断供电，就是因为有了蓄电池，在市电异常时，逆变器直接将蓄电池的化学能变成交流电能输送出去，使用电设备得以连续运行下去。

目前，中小型UPS电源中广泛使用的免维护密封铅酸蓄电池，占据UPS电源总成本的1/4-1/2之多，不仅如此，实际维修也表明，约有50％以上的UPS电源故障与UPS蓄电池有关。UPS蓄电池的失效主要表现为端电压不够，容量不足或瞬间放电电流不满足带载启动要求等。

一般正常使用的UPS，其电池寿命在5年左右，但目前国内有相当部分UPS电池在投入使用不到1年就开始出现问题，一方面是有些进口品牌的国产电池在制造工艺上存在先天的缺陷，另一方面是由于后天缺乏必要维护造成。值得注意的是许多使用单位由于缺乏必要的测试维护手段，根本不清楚信息或计算机系统UPS蓄电池的健康状况，为信息或计算机系统正常工作留下隐患。

UPS蓄电池的维护与一般低压系统蓄电池的维护类似，当买入新电池时，要求工程验收，进行深度放电；当新电池投入使用后，要求保持适宜的电池工作环境温度，要求定期测量各电池端电压，当各电池压差过大时，要进行均充，要求定期对电池进行试探性容量试验或深度放电，以便检查电池组的性能优劣以及保持电池的活性。

但是实际运用中，由于各种条件的限制，UPS蓄电池的维护很少有人完全按照上面所述进行，首先新电池验收，由于时间长，又无方便工具可供利用，有相当多的人根本没有做这一工作即将电池投入使用。其次，新电池投入使用后，由于一般UPS电池是装在柜子里，测量、脱离都很不方便，很少测量端电压，而且定期深度放电更是无从进行；据统计，国内约有95％以上的UPS电池缺乏必要的维护，这为日后UPS供电故障埋下隐患。

目前，广大维护人员所能进行的只有每隔一段时间，关闭市电让UPS电池对实际系统放电一段时间，但这对一些特殊系统，比如铁路这类高可靠要求的系统是不现实的。铁路局电务段检修所每年要定期对从延线各站送检过来的大量UPS电源进行测试，由于缺乏测量工具，采用电暖器当作假负载放电，有时采用自制电阻丝放电，根据UPS电源对电暖器持续供电时间，测量值极不精确，这些所有的测试结论全部要由工程师根据工作经验作出判断，测试过程更需要花费大量的时间和精力，存在放电测试过程不安全、劳动强度大、测量结果不精确等问题。因此，UPS维护仪的开发和使用已经是铁路运输类行业安全生产的必然要求，也是未来发展的一个必然趋势。

实用新型内容

为了解决上述问题，本实用新型的目的是提供一种针对大容量密封式铅酸蓄电池在线检测UPS维护仪，以方便维护和延长电池寿命。

为实现上述目的，本实用新型所采用技术方案如下：

一种UPS维护仪，包括高速转换开关阵列、高速转换驱动电路、阻性负载、采集检测模块、温度检测电路、控制输入电路、以及中央处理器；其中，高速转换开关阵列串联在市电输入和输出、以及UPS的输入和输出端以执行UPS的输入和输出切换动作；其中，高速转换驱动电路用于接收中央处理器的控制指令以驱动所述高速转换开关阵列动作；其中，阻性负载通过所述高速转换开关阵列接入到UPS的输出端；其中，采集检测模块采集和检测市电及UPS的输入输出电压和电流；其中，温度检测电路采集维护时所述线形负载的的温度变化；其中，控制输入电路输入控制信号给中央处理器；其中，中央处理器根据所述控制信号控制各部分电路执行预定的动作。

所述UPS维护仪中，在所述中央处理器上还连接有一LCD显示电路。

所述UPS维护仪中，在所述中央处理器上还连接有一RS232串口通信电路。

所述UPS维护仪中，在所述中央处理器上还连接有一看门狗电路。

所述UPS维护仪中，所述中央处理器是8051单片机。

所述UPS维护仪中，所述阻性负载的额定功率为200-300瓦。

采用本实用新型，当需要维护时，通过控制输入电路输入相应的指令，使得中央处理器开始运行其中的程序，下达命令给高速转换驱动电路，通过高速转换开关阵列将计算机等系统的电源由UPS输出切换到市电直接接入，切换时间4-5ms，达到后备式和在线互动式的切换标准，将UPS从供电回路中切换出来。然后，切断UPS的市电供给，使UPS处于逆变状态，并接200-300W的阻性负载，通过采集检测模块测量负载上的电流、电压、消耗的电能并传递给中央处理器，中央处理器根据预设的条件判断UPS是否有UPS无逆变输出的故障；并通过执行可选的两种放电方法之一，测量出负载所消耗的电能，200-300W的负载折合到电池上，蓄电池需输出数十安培的电流，对于电池是否具有启动瞬间输出大电流的特性可以做到很好的判断。测量到的电能除以UPS的转换效率，换算出安时值，结合UPS的功率参数，既可推算出蓄电池的容量。

采用本实用新型可不间断切换市电与UPS逆变电源的方式，进行电池恒压、恒流放电，以保证电池的充电，激活UPS电源蓄电池，延长UPS电源电池使用寿命。实现在线检测，保证UPS在不断电的情况下进行电池维护，解决电池智能化监测和维护问题，对UPS电源质量状态进行检测，质量状态不良的告警提示更换。

本实用新型可在大电流高效率的充放电维护下，无需拆卸电池，可在线进行电池检测，对故障UPS告警提示，对性能下降UPS电池进行修复维护，并可进行多台UPS电池充放电维护，在保证UPS及计算机系统的正常运行的同时，完成在线UPS电池的自动修复维护工作。

因此，采用本实用新型不仅维护便捷，且可延长UPS电源电池使用寿命。

附图说明

此附图说明所提供的图片用来辅助对本实用新型的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本实用新型的不当限定，在附图中：

图1为本实用新型的电路结构框图；

图2为本实用新型使用时的连接关系示意图。图中：

1、中央处理器            2、控制输入电路

3、温度检测电路          4、采集检测模块

5、LCD显示电路           6、RS232串口通信电路

7、看门狗电路            8、高速转换驱动电路

9、高速转换开关阵列      10、阻性负载

具体实施方式

下面将结合附图以及具体实施方法来详细说明本实用新型，在本实用新型的示意性实施及说明用来解释本实用新型，但并不作为对本实用新型的限定。

如图1所示，本实用新型公开了一种UPS维护仪，包括中央处理器1、控制输入电路2、温度检测电路3、采集检测模块4、LCD显示电路5、RS232串口通信电路6、看门狗电路7、高速转换驱动电路8、高速转换开关阵列9、阻性负载10、以及电源电路11。其中，控制输入电路2、温度检测电路3、采集检测模块4、LCD显示电路5、RS232串口通信电路6、看门狗电路7、高速转换驱动电路8和电源电路11都连接在中央处理器1上，高速转换开关阵列9连接在高速转换驱动电路8上；如图2所示，阻性负载10通过高速转换开关阵列9接入到UPS的输出端，它的额定功率为200-300瓦；其中，控制输入电路2可以采用键盘或其他输入装置。其中，高速转换驱动电路8，接收中央处理器1的控制指令以驱动高速转换开关阵列9动作；采集检测模块4，采集和检测市电及UPS的输入输出电压和电流；温度检测电路3，采集维护时所述线形负载的的温度变化；控制输入电路2，输入控制信号给中央处理器；中央处理器1选用8051单片机，根据控制输入电路2输入的控制信号控制各部分电路执行预定的动作。

如图2所示，高速转换开关阵列9，串联在市电输入和输出、以及UPS的输入和输出端以执行UPS的输入和输出切换动作，具体如图所示，一组转换开关串联在市电与UPS的输入端之间，一组转换开关串联在UPS的输出端与阻性负载10之间，一组转换开关串联在UPS的输出端与计算机等用电设备之间。

本实用新型采用8051单片机为主要控制系统，完成对转换开关驱动，实现UPS电源在维护时的在线切换，当需要对UPS进行维护时，只需要通过菜单选择确认，计算机等用电设备的电源由UPS输出切换到市电直接接入，切换时间在4-5ms之间，满足后备式和在线互动式的切换标准。与此同时，切断UPS的市电供给，使UPS处于逆变状态，并接200-300W阻性负载，测量负载上的电流、电压、消耗的电能及温度等参数，从而判断UPS是否有无逆变输出的故障以及通过放电，测量出负载所消耗的电能，将200-300W负载折合到电池上，蓄电池需输出数十安培的电流，对于电池是否具有启动瞬间输出大电流的特性可以做到很好的判断。测量到的电能除以UPS的转换效率，换算出安时值，结合UPS的功率参数，既可推算出蓄电池的容量。

其中，采集检测模块和温度检测电路采集到的电压、温度、时间信号送到8051单片机，单片机每秒钟读取计数值，并将该值存入数据存储器中，并在LCD显示器中实时显示，由于要求的显示电路器件，需要较高的速度，而且要能支持文字和图形混合显示，综合以上几点选用LCD显示器由显示内容决定应选用：(JM240128G)液晶显示器，它具有体积小、重量轻(＜100g)、功耗低(10mw)，可靠性高(50000小时)的优点，在便携式电子信息产品中得到广泛应用。

其中，采集检测模块，主要用来测量UPS输出及市电的瞬时电流、瞬时电压、瞬时功率、电能以及电压和电流的有效值。可选用CS5460芯片实现电压的测量功能，此芯片内部集成了两个Δ-∑A/D转换器、高、低通数字滤波器、能量计算单元、串行接口、数字-频率转换器、寄存器阵列和看门狗定时器等模拟、数字信号处理单元，外部具有四条串行接口线：/CS、SDI、SDO和SCLK。/CS为片选控制线，低电平有效；SDI为串行数据输入线；SDO为串行数据输出线；SCLK为串行时钟，用于控制CS5460与微控制器之间数据传输同步。其控制信号和数据信号接单片机，电流互感器和电压互感器的输出信号分别接IIN+和VIN+。

CS5460主要技术指标：

●差分电压输入范围：150mV；

●温度系数：＜60ppm/℃

●功率消耗：＜10mW；

●电能计量精度：读数的±0.1％；

●电压测量精度：读数的±0.1％；

●电流测量精度：读数的±0.1％；

●瞬时功率测量精度：读数的±0.1％。

其中，温度检测电路，主要实现仪器在工作过程中实时检测环境温度，以便修正UPS维护仪对电池检测时的测量误差，也方便维护人员对工作环境温度参数的记录。可选用DS1820芯片温度传感器，它是一种单总线型温度测量器件，能将温度值直接转换成数字信号；此器件可采用总线供电，且在同一根总线上可接多个传感器，构成多点测温网络，是温度场监控系统的理想选择。

其中，LCD显示部分主要的功能是实时显示市电电压和5路UPS输出电压的电压值，以及UPS检测后的运行状态和检测日期、时间，查询分析近期对UPS的维护记录。

JM240128G主要技术指标：

●外型尺寸：144.0×104.0×13.7

●视域尺寸：114.0×64.0

●驱动电压：5V

●含驱动器：T6963C

●背光：白光

●接口：并口

●工作温度：-20～+70℃

LCD液晶显示的数据线和8051的数据总线相接。VO作为LCD亮度调节信号接-5V--15V可变电阻，这样可直接对液晶显示器的亮度进行调节。E作为数据使能引脚和R/W读写线经过一系列的门电路分别与单片机的WE和RD相连，还有一端门电路的输出接单片机的P2.2口。RS作为数据/指令寄存器接CPU的P1.1口。CSA和CSB是芯片选择引脚分别接CPU的P2.0和P2.1口线，进行LCD显示区域的控制。

串行通讯的标准接口存在多种，如RS-232、RS-485、USB接口、IEEE-1394等，它们各有特点，应用的领域也各有侧重：RS-485在传输数据时抗噪声干扰的能力比较强，常用于工业生产领域；USB接口和IEEE-1394传输速度较快，但有些计算机和操作系统不支持这样的接口；RS-232是PC机与通信工业中应用最广泛的一种串行接口。RS-232被定义为一种在低速率串行通讯中增加通讯距离的单端标准。综合其性能、价格和实用性，对此次设计的UPS维护系统而言，利用RS-232进行端口通讯最为合适。

RS-232是现代计算机必备的接口，通常含有COM1和COM2两个端口，一般计算机将COM1口以9引脚的接头接出。新一代的计算机均以9引脚的接头(DB9)接出所有的RS-232通信端口。为了实现系统的可靠实时性传输，本系统在使用的过程中采用了三线制接法，即仅采用RS-232端口的地端、接收数据和发送数据三引脚与外部相连。

本实用新型使用RS232通讯接口用来和计算机进行通讯。在计算机上通过运行专门的配套软件，可以实现对UPS维护仪初始参数的设置，也可以将UPS维护仪记录的数据通过这个通讯接口传送到计算机中，经过程序分析就可以了解该UPS维护仪在最近一段时间对所维护UPS电池的状态，构成一个更加完整的测量、控制、分析系统。

其中，高速转换驱动电路用来实现UPS输出与市电的快速切换，以及需要对UPS放电维护时，将UPS输出切入负载，并快速将市电切换至计算机供电。

其中，看门狗电路可选用DS1232芯片，它是一个具有看门狗功能的电源监测芯片，在电源上电、断电、电压瞬态下降和死机时都会输出一个复位脉冲，十分适合作为单片机的复位电路。

其主要有以下特点：

●具有8脚DIP封装和16脚SOIC贴片封装两种形式，可以满足不同设计要求；

●在微处理器失控状态下可以停止和重新启动微处理器；

●微处理器掉电或电源电压瞬变时可自动复位微处理器；

●精确的5％或10％电源供电监视；

●不需要分立元件；

●适应温度范围宽，-40～+85℃。

芯片DS 1232在系统工作时，必须不间断的给引脚7输入一个脉冲系列，这个脉冲的时间间隔由引脚2设定，如果脉冲间隔大于引脚2的设定值，芯片将输出一个复位脉冲使单片机复位。一般将这个功能称为看门狗，将输入给看门狗的一系列脉冲称为“喂狗”。这个功能可以防止单片机系统死机是非常有用的。

本实用新型的主要特点如下：

在线切换，当需要维护时，只需通过菜单选择确认，微机的电源由UPS输出切换到市电直接接入，切换时间4-5ms，达到后备式和在线互动式的切换标准。将UPS从供电回路中切换出来。

在线测量，旁路出UPS后，切断UPS的市电供给，使UPS处于逆变状态，并接200-300W阻性负载，且测量负载上的电流、电压、消耗的电能。其一可判断UPS是否有UPS无逆变输出的故障，其二通过执行可选的两种放电方法之一，测量出负载所消耗的电能，200-300W的负载折合到电池上，蓄电池需输出数十安培的电流，对于电池是否具有启动瞬间输出大电流的特性可以做到很好的判断。测量到的电能除以UPS的转换效率，换算出安时值，结合UPS的功率参数，既可推算出蓄电池的容量。

恒流放电，因为UPS负载固定，在UPS逆变正常工作时，蓄电池的端电压基本不变或变化很小(蓄电池的放电特性)，而UPS的逆变效率是不变的，相当于在蓄电池两端接一固定负载。

避免深度放电，我们提供的放电方式有两种，一是按电能放电，当UPS释放出设定量的电能(安时)时停止，二时按时间放电，当UPS通过负载放电到设定的时间时停止。实际使用时根据UPS的功率容量推算出一合理的值设定参数，即可避免蓄电池背深度放电。

环境温度，仪器在工作时实时检测环境温度，一可修正测量误差，二方便维护人员准确了解UPS的工作环境温度。

市电检测，对输入的市电及UPS的输出进行实时检测，当电压出现±15％的偏差时，即刻记录并显示、告警。

蓄电池维护，通过UPS的放电，充电实现蓄电池的维护，建议是3-6个月做一次，并自动记录整个维护过程。

通讯，仪器通过RS-232口与上位记通讯，通过上位机可查看维护历史数据等。

以上对本实用新型实施例所提供的技术方案进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本实用新型实施例的原理以及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只适用于帮助理解本实用新型实施例的原理；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本实用新型实施例，在具体实施方式以及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本实用新型的限制。

Claims (6)

1.一种UPS维护仪，其特征在于包括：

高速转换开关阵列，串联在市电输入和输出、以及UPS的输入和输出端以执行UPS的输入和输出切换动作；

高速转换驱动电路，接收中央处理器的控制指令以驱动所述高速转换开关阵列动作；

阻性负载，通过所述高速转换开关阵列接入到UPS的输出端；

采集检测模块，采集和检测市电及UPS的输入输出电压和电流；

温度检测电路，采集维护时所述线形负载的的温度变化；

控制输入电路，输入控制信号给中央处理器；

中央处理器，根据所述控制信号控制各部分电路执行预定的动作。

2.根据权利要求1所述的UPS维护仪，其特征在于：

在所述中央处理器上还连接有一LCD显示电路。

3.根据权利要求1所述的UPS维护仪，其特征在于：

在所述中央处理器上还连接有一RS232串口通信电路。

4.根据权利要求1所述的UPS维护仪，其特征在于：

在所述中央处理器上还连接有一看门狗电路。

5.根据权利要求1所述的UPS维护仪，其特征在于：

所述中央处理器是8051单片机。

6.根据权利要求1所述的UPS维护仪，其特征在于：

所述阻性负载的额定功率为200-300瓦。

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