CN202535141U - 单级在线式不间断电源 - Google Patents

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Abstract

本实用新型公开了一种单级在线式不间断电源,主要解决了现有技术中存在的不间断电源转换效率低、电路复杂、会产生电压波动、且工作时会产生较为复杂的EMI的问题。单级在线式不间断电源,包括变压器T1,均与变压器T1的输入端相连的电源输入端P1及电源输入端P2,通过开关管V1及开关管V2与变压器T1相连的驱动芯片IC1,与驱动芯片IC1的输入端相连的反馈网络A1。本实用新型可以通过简单的电路实现在线式电源的不间断单级转换,优点显著,应用前景广阔。

Description

单级在线式不间断电源
技术领域
[0001] 本实用新型涉及一种电源,具体地说,是涉及一种应用于供电系统中的单级在线式不间断电源。
背景技术
[0002] 现有技术中,由于开关电源具有高效、轻量、小体积及工作范围较宽等优点,被广泛应用于通信、消防应急、军用设备等领域,然而,现在很多领域对电源提出了更高的要求,需要电源具有不间断供电的功能,以保证在电网出现故障 时数据的正常传输备份和应急使用。
[0003] 为了实现电源的不间断供电功能,市场上出现了多种工作模式的不间断电源,现有的技术方案大体分为以下三种类型:
[0004] 第一类,如图I所示,这类电源由于是单级工作所以其效率较高,但是其电路复杂,若要实现在线式工作则所需的成本过高,由于是独立反馈回路,在切换时会产生电压波动,而产生波动则会影响负载设备的正常运行,甚至对负载设备造成损坏。
[0005] 第二类,如图2所示,此方案可以很方便的实现在线式工作,切换时可以实现零电压波动,但是由于其电路复杂,且第一电源工作时是两级转换,因而效率较低,而电路要实现在线式工作,必须两路同时工作,所产生的EMI较复杂,对人体以及周边的设备损害较大。
[0006] 第三类,如图3所示,此方案可以很方便的实现在线式工作,切换时可以实现零电压波动,但是由于该电路复杂,且第二电源工作时是两级转换,因而效率较低,而电路要实现在线式工作,必须两路同时工作,产生的EMI较复杂,因而增加了设计难度和研发周期。
实用新型内容
[0007] 本实用新型的目的在于提供单级在线式不间断电源,解决现有技术中存在的不间断电源切换时效率低、会产生电压波动、且工作时会产生较为复杂的EMI的问题,在保证不间断供电的前提下,实现切换电源时无电压波动,且在运行时产生EMI相对较单纯。
[0008] 为了实现上述目的,本实用新型采用的技术方案如下:
[0009] 单级在线式不间断电源,包括设置有第一绕阻、第二绕阻及输出绕阻的变压器,与第一绕阻的输入端相连的第一电源,通过第一开关管与第一绕阻的输出端相连的驱动芯片,连接于驱动芯片和第二绕阻间的第二开关管,与第二绕阻的输入端相连的第二电源。
[0010] 进一步地,所述驱动芯片的输入端连接有反馈网络。
[0011] 具体地说,所述第一开关管与第二开关管同频同相。
[0012] 为了实现上述技术方案,本实用新型主要提供了以下三种基于上述电路框图的电路方案:
[0013]方案一
[0014] 单级在线式不间断电源,包括变压器Tl,均与变压器Tl的输入端相连的电源输入端Pl及电源输入端P2,通过开关管Vl及开关管V2与变压器Tl相连的驱动芯片IC1,与驱动芯片ICl的输入端相连的反馈网络Al。
[0015] 进一步地,所述变压器Tl的输出端还连接有整流二极管D3,整流二极管D3的输出端还连接有滤波电容Cl。
[0016]方案二
[0017] 单级在线式不间断电源,包括变压器Tl,均与变压器Tl的输入端相连的电源输入端Pl及电源输入端P2,通过开关管Vl及开关管V2与变压器Tl相连的驱动芯片IC1,与驱动芯片ICl的输入端相连的反馈网络Al。
[0018] 进一步地,所述变压器Tl的输出端还连接有整流二极管D3,整流二极管D3的输出端还连接有滤波电容Cl。 [0019] 更进一步地,还包括连接于整流二极管D3的输出端与滤波电容Cl的输入端间的电感L,及一端连接于整流二极管D3与电感L之间,另一端连接于滤波电容Cl的输出端的整流二极管D4。
[0020] 方案三
[0021] 单级在线式不间断电源,包括变压器Tl,均与变压器Tl相连的电源Pl和电源P2,通过开关管Vl和开关管V2与电源Pl相连的隔离驱动T2,分别与隔离驱动T2相连的驱动芯片ICl、开关管V3和开关管V4,且驱动芯片ICl的输入端连接有隔离反馈Al,开关管VI、开关管V2、开关管V3、开关管V4均与变压器Tl相连。
[0022] 进一步地,所述电源Pl的正极与负极间连接有相互串联的滤波电容Cl和滤波电容C2,电源P2的正极与负极间连接有滤波电容C3。
[0023] 更进一步地,所述变压器Tl的输出端分别连接有整流二极管Dl和整流二极管D2,整流二极管Dl与整流二极管D2的输出端连接有电感LI,电感LI的输出端连接有滤波电容C5。
[0024] 与现有技术相比,本实用新型具有以下有益效果:
[0025] (I)本实用新型通过简单的电路实现了单级在线不间断电源的单级变换,实现成本低,由于是单级供电所以工作效率也很高。
[0026] (2)在本实用新型中,使用同一反馈网络与驱动芯片,这种反馈电路的设置使得在电源切换时不会产生电压波动。
[0027] (3)本实用新型中,由于两路开关器件是同频同相工作,因此在工作时不会产生复杂的EMI,降低了 EMI滤波电路的成本,同时也缩短了研发周期。
[0028] (4)在本实用新型中,两路电源中的任何一路出现故障时都会由另一路电源提供负载所需的电能,并且可以很方便的实现单级在线工作的不间断工作,大大提高了使用时的可靠性。
[0029] (5)本实用新型性价比高,易于设计,非常适合大规模推广应用。
附图说明
[0030] 图I为现有的电路框图一。
[0031] 图2为现有的电路框图二。
[0032] 图3为现有的电路框图三。[0033] 图4为本实用新型-实施例的电路框图。
[0034] 图5为本实用新型-实施例的电路原理图一。
[0035] 图6为本实用新型-实施例的电路原理图二。
[0036] 图7为本实用新型-实施例的电路原理图三。
具体实施方式 [0037] 下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明,本实用新型的实施方式包括但不限于下列实施例。
[0038] 实施例
[0039] 如图4所示,单级在线式不间断电源,包括设置有第一绕阻、第二绕阻及输出绕阻的变压器,与第一绕阻的输入端相连的第一电源,通过第一开关管与第一绕阻的输出端相连的驱动芯片,连接于驱动芯片和第二绕阻间的第二开关管,与第二绕阻的输入端相连的第二电源。
[0040] 进一步地,所述驱动芯片的输入端连接有反馈网络。
[0041] 具体地说,所述第一开关管与第二开关管同频同相。
[0042] 基于上述电路框图,实现该单级在线式不间断电源的电路原理图包括但不限于以下几种。
[0043] 如图5、6所示,单级在线式不间断电源,包括变压器Tl,均与变压器Tl的输入端相连的电源输入端Pl及电源输入端P2,通过开关管Vl及开关管V2与变压器Tl相连的驱动芯片ICl,与驱动芯片ICl的输入端相连的反馈网络Al。
[0044] 进一步地,所述变压器Tl的输出端还连接有整流二极管D3,整流二极管D3的输出端还连接有滤波电容Cl。此时构成了如图5所示的反激拓扑电路。
[0045] 更进一步地,还包括连接于整流二极管D3的输出端与滤波电容Cl的输入端间的电感L,及一端连接于整流二极管D3与电感L之间,另一端连接于滤波电容Cl的输出端的整流二极管D4。此时构成了如图6所示的正激拓扑电路。
[0046] 如图7所示,单级在线式不间断电源,包括变压器Tl,均与变压器Tl相连的电源Pl和电源P2,通过开关管Vl和开关管V2与电源Pl相连的隔离驱动T2,分别与隔离驱动T2相连的驱动芯片ICl、开关管V3和开关管V4,且驱动芯片ICl的输入端连接有隔离反馈Al,开关管VI、开关管V2、开关管V3、开关管V4均与变压器Tl相连。
[0047] 进一步地,所述电源Pl的正极与负极间连接有相互串联的滤波电容Cl和滤波电容C2,电源P2的正极与负极间连接有滤波电容C3。
[0048] 更进一步地,所述变压器Tl的输出端分别连接有整流二极管Dl和整流二极管D2,整流二极管Dl与整流二极管D2的输出端连接有电感LI,电感LI的输出端连接有滤波电容C5。此时构成了如图7所示的半桥+推挽的输入隔离电路。
[0049] 我们以图5的反激拓扑电路来做具体说明,图中ICl为驱动芯片,VI、V2分别为两路独立电源的开关管,Tl是主变压器,Al是反馈网络,D3是输出整流二极管,Cl是输出滤波电容器,PU P2是两路独立的电源输入端,GND是两路输入电源电流的回流端,为了更直观的说明本电路的工作原理,我们将开关管VI、开关管V2的体二极管用Dl和D2单独画出。
[0050] 在本电路中,开关管Vl和开关管V2被驱动芯片ICl驱动,他们的导通和截止完全是同步的,本电路的工作过程如下:
[0051] 第一种情况:在假设变压器两个初级线圈的匝数比是1:1,开关管Vl和开关管V2的参数完全一致,电源输入端Pl和电源输入端P2的输入电压完全相同的情况下,在理想状态下同时驱动开关管Vl和开关管V2导通,由于电源输入端Pl和电源输入端P2的电压相等,所以开关管Vl流过的电流始终和开关管V2流过的电流相等,该状态为临界状态,此时两路电源共同为输出负载提供电流。
[0052] 第二种情况,在假设变压器两个初级线圈的匝数比是1:1,开关管Vl和开关管V2的参数完全一致,当电源输入端Pl的电压高于电源输入端P2的电压的情况下,开关管Vl会分担全部的工作电流,由于开关管Vl和开关管V2驱动的是同一变压器,所以此时开关管V2上会存在反向的电动势通过体二极管D2向电源输入端P2反馈电,但是,由于多数交流电源的输入整流回路的存在所以很巧妙的避免的这种情况的出现。这时电源输入端P2是不向输出负载提供任何电流的。
[0053] 第三种情况,在假设变压器两个初级线圈的匝数比是1:1,开关管Vl和开关管V2·的参数完全一致,当电源输入端P2的电压高于电源输入端Pl的电压的情况下,开关管V2会分担全部的工作电流,由于开关管Vl和开关管V2驱动的是同一变压器,所以此时开关管Vl上会存在反向的电动势通过体二极管Dl向电源输入端Pl反馈电,但是,由于多数交流电源的输入整流回路的存在所以很巧妙的避免的这种情况的出现。这时电源输入端Pl是不向输出负载提供任何电流的。
[0054] 由此可知,当两路电源中的任何一路出现故障时都会由另一路电源提供负载所需的电能,并且可以很方便的实现单级在线工作的不间断工作。根据图6、图7可知该工作方式可以适应绝大部分开关电源拓扑形式,同时也可以方便的实现两路输入的隔离,以应对不同的应用场合。
[0055] 以上几种电路应用还可以有不同的变形,只要保证变压器的激励方式相同,比如全桥加推挽、全桥加半桥等。
[0056] 该方法可以用于不同的输入电压,以及隔离与非隔离应用场合。用户可根据实际应用场合加以灵活的组合变形。由于该方案可以实现在线式电源的不间断单级转换,其优点显著应用前景广阔。

Claims (6)

1.单级在线式不间断电源,其特征在于,包括变压器Tl,均与变压器Tl的输入端相连的电源输入端Pl及电源输入端P2,通过开关管Vl及开关管V2与变压器Tl相连的驱动芯片IC1,与驱动芯片ICl的输入端相连的反馈网络Al。
2.根据权利要求I所述的单级在线式不间断电源,其特征在于,所述变压器Tl的输出端还连接有整流二极管D3,整流二极管D3的输出端还连接有滤波电容Cl。
3.根据权利要求2所述的单级在线式不间断电源,其特征在于,还包括连接于整流二极管D3的输出端与滤波电容Cl的输入端间的电感L,及一端连接于整流二极管D3与电感L之间,另一端连接于滤波电容Cl的输出端的整流二极管D4。
4.单级在线式不间断电源,包括变压器Tl,均与变压器Tl相连的电源Pl和电源P2,通过开关管Vl和开关管V2与电源Pl相连的隔离驱动T2,分别与隔离驱动T2相连的驱动芯片ICl、开关管V3和开关管V4,且驱动芯片ICl的输入端连接有隔离反馈Al,开关管VI、开关管V2、开关管V3、开关管V4均与变压器Tl相连。
5.根据权利要求4所述的单级在线式不间断电源,其特征在于,所述电源Pl的正极与负极间连接有相互串联的滤波电容Cl和滤波电容C2,电源P2的正极与负极间连接有滤波电容C3。
6.根据权利要求5所述的单级在线式不间断电源,其特征在于,所述变压器Tl的输出端分别连接有整流二极管Dl和整流二极管D2,整流二极管Dl与整流二极管D2的输出端连接有电感LI,电感LI的输出端连接有滤波电容C5。
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