CN204441998U - 一种数字化双激不间断开关电源 - Google Patents

Abstract

一种数字化双激不间断开关电源，包括：具有初级线圈和次级线圈的主变压器、主回路、同步整流输出回路、同步直流变换电路及数字控制单元；主回路包括高压开关网络、谐振电感、所述初级线圈和谐振电容；同步整流输出回路包括由反向串联的两个同步整流管与所述次级线圈并联构成的倍流整流器，以及连接于该倍流整流器的两个输出端的滤波电路；同步直流变换电路由两个低压开关管、隔离二极管和低压直流源构成；数字控制单元根据高压直流总线的电压的变化自动选择主回路或同步直流变换电路工作，提供稳定的DC输出。

Description

一种数字化双激不间断开关电源

技术领域

 本实用新型涉及电压转换装置，具体涉及一种数字化双激不间断开关电源。

背景技术

在节能减排的大潮流下，电压转换装置的效率也在不断提升。出现很多线路拓扑。而以IT行业为代表的应用领域，存在相当庞大的断电部分的市场需求。而这些需求，目前仍由传统的“非典型串联”的断电保护装置（如UPS和充电器）所占据。用户和市场对于“非典型串联”的UPS的功能利用率比AC断电的几率还低的现实视而不见，实际上造成极大地浪费而不自知。其典型的应用形态是IDC机房，动辄以数百KVA的UPS冗余的供电保护系统，建造成本少则数百万多则数千万，而每年还要浪费电能数百万度。

目前，数字设备如电脑、安防监控系统等，往往也需要选择一种双输入电压变换装置，以维持设备不间断运行，避免停电导致的数据丢失损失。

发明内容

为避免现有技术存在的上述不足，本实用新型提供一种数字化双激不间断开关电源，以满足数字设备、电器对不间断开关电源配套的需求。

本实用新型以如下具体方案实现。一种数字化双激不间断开关电源包括：

主变压器，含有初级线圈和次级线圈；

主回路，包括连接在高压直流总线和高压地之间的高压开关网络，以及从该高压开关网络的第一端到第二端依次连接的谐振电感、所述的初级线圈和谐振电容；

同步整流输出回路，包括由反向串联的两个同步整流管与所述次级线圈并联构成的倍流整流器，以及连接于该倍流整流器的第一、二输出端（E1、 E2）的滤波电路；

同步直流变换电路，它含有从所述第一输出端（E1）到低压地之间依次连接的一个低压开关管、隔离二极管和低压直流电源；和连接在所述第二输出端（E2）与所述隔离二极管负极之间的另一个开关管；以及

数字中心控制单元，其提供两组同步的驱动脉冲，第一组驱动脉冲DrH’、DrL’控制所述高压开关网络，第二组驱动脉冲DrH、DrL控制所述的两个同步整流管以及所述两个低压开关管；其第一采样输入端连接所述同步整流输出回路的输出端，第二采样输入端连接一个隔离采样单元，用于采样所述高压直流总线的电压，根据该电压的变化自动选择主回路或同步直流变换电路工作。

其中，所述驱动脉冲DrH’、DrL’最好是所述第二组驱动脉冲中的驱动脉冲DrH、DrL分别经过一隔离电路形成的脉冲信号。

所述高压直流总线上的直流电由AC整流滤波获得，当高压直流总线和高压地之间的电压为额定电压时，所述主回路通过同步整流输出回路向负载提供电能；当高压直流总线和高压地之间的电压为95%-85%额定电压时，所述主回路和同步直流变换电路交替向负载提供电能；当高压直流总线和高压地之间的电压低于85%额定电压时，所述同步直流变换电路向负载提供全部电能。

所述滤波电路包括两个滤波电感和一滤波电容，该两个滤波电感分别与所述倍流整流器的第一、二输出端（E1、E2）连接，两个滤波电感的另一端均接到该滤波电容上端作为DC输出端，滤波电容另一端连接所述两个同步整流管的公共端所在的低压地。

在上述数字化双激不间断开关电源中，还包括一个电容器，跨接在所述的高压直流总线和高压地之间，用于在所述主回路和同步直流变换电路转换时防止瞬态突变。

在一种方案中，所述的高压开关网络采用由四个高压开关管两两串联后再并联构成的全桥开关网络，所述的高压开关网络的第一端和第二端分别为全桥的两个中点。

在另一种方案中，所述的高压开关网络采用由两个高压开关管串联构成的半桥开关网络，所述的高压开关网络的第一端为半桥的中点，所述的高压开关网络的第二端为半桥开关网络与高压地的连接端。

在第三种方案中，所述高压开关网络采用由两个高压开关管组成的推挽开关网络。 

本数字化双激不间断开关电源在不影响AC-DC电源的工作效率的前提下，实现了第二能源（低压直流源）热备份，只要AC电压或高压直流DC低于某设定值，即可补充能量，能够有效保证电源输出稳定。本电源只要很少的元件即可实现第二能源的接入，实现不间断功能，体积小，成本低；可广泛适用于电脑、安防监控系统等数字设备使用。

附图说明

图1为本实用新型数字化双激不间断开关电源一实施例的原理图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。

参照图1，实施例数字化双激不间断开关电源包括主变压器、主回路、同步直流变换电路、同步整流输出回路、数字中心控制单元和隔离采样单元等。

主变压器T含有初级线圈N1和次级线圈N2。

主回路包括连接在高压直流总线和高压地之间的高压开关网络，高压开关网络是由四个高压开关管Q1、Q2、Q3、Q4两两串联后再并联构成的全桥开关网络。A点所在线表示接高压直流总线，B点接高压地，C点、D点表示全桥的两个中点。主回路还包括该C点和D点之间串接的谐振电感Lr、主变压器T的初级线圈N1和谐振电容Cr。

同步整流输出回路包括一倍流整流器，和连接于该倍流整流器的第一、二输出端（E1、 E2）的滤波电路。倍流整流器包括两个同步整流管Q5、Q6，和所述次级线圈N2。两个同步整流管Q5、Q6反向串联后再与所述次级线圈N2并联，两个同步整流管Q5、Q6的公共端接低压地，同步整流管Q6和所述次级线圈N2连接的节点即为所述第一输出端E1，同步整流管Q5和所述次级线圈N2连接的节点即为所述第二输出端E2，Q5、Q6分别并接一个保护二极管。

滤波电路包括两个滤波电感L1、L2，和一滤波电容C。该两个滤波电感L1、L2分别与所述倍流整流器的第一输出端E1、第二输出端E2连接，该两个滤波电感的另一端均接到该滤波电容C上端作为DC（直流）输出端Uo，滤波电容C另一端连接低压地。RL为负载电阻。

同步直流变换电路包括低压直流电源LVDC、隔离二极管、低压开关管Q7及低压开关管Q8。所述低压开关管Q8、隔离二极管和低压直流电源LVDC依次串连于所述第一输出端E1与低压地之间；所述低压开关管Q7、隔离二极管和低压直流电源LVDC依次串连于所述第二输出端E2与低压地之间。

数字中心控制单元包括可程序化的驱动调制信号发生器、时钟发生器及其内部时序控制等等电路。该控制单元的第一采样输入端连接所述同步整流输出回路的输出端，数字中心控制单元根据对输出电压U₀的采样信号，经过内部计算和时序处理，提供两组同步的驱动脉冲，一组驱动脉冲DrH、DrL直接控制所述的两个同步整流管Q5、Q6，并直接控制所述的两个低压开关管Q8、Q7。另一组驱动脉冲DrH’、DrL’用来驱动所述的主回路的上臂高压开关管Q1、Q4和下臂高压开关管Q2、Q3。数字中心控制单元的第二采样输入端与高压直流总线（A点）之间可连接一个隔离采样单元，用于采样所述高压直流总线的电压，根据该电压的采样值自动选择主回路或同步直流变换电路工作。该数字中心控制单元由供电电压Vcc提供工作能量。所述驱动脉冲DrH’、DrL’是所述第二组驱动脉冲中的驱动脉冲DrH、DrL分别经过一隔离变压器（隔离单元）形成的脉冲信号。

上述四个高压开关管Q1、Q2、Q3、Q4，低压开关管Q7、Q8，以及两个同步整流管Q5、Q6均采用MOSFET开关管；也可选用IGBT开关管。

图1中HVDC表示由AC电压经传统整流、滤波等处理后得到的高压直流源。

无论是主回路向负载提供电能，还是从同步直流变换电路向负载提供电能，或者二者共同向负载提供电能，上述驱动脉冲DrH’作用于全桥开关网络中的一组高压开关管Q1、Q4时，低压开关管Q8、同步整流管Q5也在驱动脉冲DrH的控制下与Q1、Q4均同步导通；上述驱动脉冲DrL’作用于全桥开关网络中的另一组高压开关管Q2、Q3时，低压开关管Q7、同步整流管Q6也在驱动脉冲DrL的控制下与Q2、Q3均同步导通；而且一组高压开关管Q1、Q4导通时，另一组高压开关管Q2、Q3截止，反之亦然。

当高压直流总线（A点）和高压地（B点）之间为额定电压，一组高压开关管Q1、Q4导通时，电压经主变压器T的初级线圈N1耦合到次级线圈N2，经过一个同步整流管Q5整流，再经滤波电感L2、滤波电容C输出给负载RL；在该过程中，同步直流变换电路的低压开关管Q8虽然也导通，但由于倍流整流器的输出端(E1点)的电压不小于低压直流源LVDC的电压，低压直流源不会向负载提供电能。同样地，当另一组高压开关管Q2、Q3导通时，电压经主变压器T的初级线圈N1耦合到次级线圈N2，经过另一个同步整流管Q6整流，再滤波电感L2、滤波电容C输出给负载RL；在该过程中，同步直流变换电路的低压开关管Q7虽然也导通，但由于倍流整流器的输出端(E2点)的电压不小于低压直流源LVDC的电压，低压直流源不会向负载提供电能。因此，当高压直流总线和高压地之间的电压正常时，由主回路通过同步整流输出回路向负载提供电能。

当高压直流总线（A点）和高压地（B点）之间的电压为95%-85%额定电压时，初级线圈N1耦合到次级线圈N2经过一个同步整流管整流，由于倍流整流器的输出端E1或E2的电压小于低压直流源LVDC的电压，同步直流变换电路的低压开关管Q8或Q7导通，主回路和同步直流变换电路共同向负载提供电能。

当高压直流总线（A点）和高压地（B点）的电压低于85%额定电压时（包括断电），主回路停止工作，全部从同步直流变换电路通过同步整流输出回路向负载提供电能。

上述实施例开关电源还包括用于在主从能源转换时防止瞬态突变的功能电路，该功能电路为一个电容器，该电容器跨接于高压直流总线和高压地之间，由于电容器的储能作用，使两路能源的转换之间没有瞬态突变，不会造成过冲和干扰。该功能电路还可以由复数个电容器串、并联构成。

Claims (8)

1.一种数字化双激不间断开关电源，其特征在于包括：

主变压器(T)，含有初级线圈和次级线圈；

主回路，包括连接在高压直流总线和高压地之间的高压开关网络，以及从该高压开关网络的第一端到第二端依次连接的谐振电感、所述的初级线圈和谐振电容；

同步整流输出回路，包括由反向串联的两个同步整流管与所述次级线圈并联构成的倍流整流器，以及连接于该倍流整流器的第一、二输出端（E1、E2）的滤波电路；

同步直流变换电路，它含有从所述第一输出端（E1）到低压地之间依次连接的一个低压开关管、隔离二极管和低压直流电源；和连接在所述第二输出端（E2）与所述隔离二极管负极之间的另一个低压开关管；以及

数字中心控制单元，其提供两组同步的驱动脉冲，第一组驱动脉冲DrH’、DrL’控制所述高压开关网络，第二组驱动脉冲DrH、DrL控制所述的两个同步整流管以及所述两个低压开关管；其第一采样输入端连接所述同步整流输出回路的输出端，第二采样输入端连接一个隔离采样单元，用于采样所述高压直流总线的电压，根据该电压的变化自动选择主回路或同步直流变换电路工作。

2.如权利要求1所述的开关电源，其特征在于，

当高压直流总线和高压地之间的电压为额定电压时，所述主回路通过同步整流输出回路向负载提供电能；

当高压直流总线和高压地之间的电压为95%-85%额定电压时，所述主回路和同步直流变换电路交替向负载提供电能；

当高压直流总线和高压地之间的电压低于85%额定电压时，所述同步直流变换电路向负载提供全部电能。

3.如权利要求1所述的开关电源，其特征在于，所述驱动脉冲DrH’、DrL’是所述第二组中的驱动DrH、DrL分别经过一隔离电路形成的脉冲信号。

4.如权利要求1所述的开关电源，其特征在于，所述滤波电路包括两个滤波电感和一滤波电容，该两个滤波电感分别与所述倍流整流器的第一、二输出端（E1、E2）连接，两个滤波电感的另一端均接到该滤波电容上端作为DC输出端，滤波电容另一端连接所述两个同步整流管的公共端所在的低压地。

5.如权利要求1所述的开关电源，其特征在于，所述的高压开关网络是由四个高压开关管两两串联后再并联构成的全桥开关网络，所述的高压开关网络的第一端和第二端分别为全桥的两个中点。

6.如权利要求5所述的开关电源，其特征在于，四个高压开关管、两个低压开关管以及两个同步整流管均采用MOSFET开关或IGBT开关。

7.如权利要求1所述的开关电源，其特征在于，所述的高压开关网络是半桥开关网络或推挽开关网络。

8.如权利要求1所述的开关电源，其特征在于，在所述的高压直流总线和高压地之间跨接一个电容器，用于在所述主回路和同步直流变换电路转换时防止瞬态突变。