CN207098742U - 一种宽输入模块式直流不间断电源电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型是一种宽输入模块式直流不间断电源电路，该系统包括直流宽电压输入端，所述直流宽电压输入端连接一输入稳压模块，所述输入稳压模块的电压输出端连接一充电控制模块，所述充电控制模块的充电输出端连接一蓄电模块，所述蓄电模块的输出端连接一不间断切换模块，所述不间断切换模块的输出端连接一输出稳压模块，其中，所述蓄电模块通过IIC接口连接一微处理器模块，所述微处理器模块连接充电控制模块。本实用新型直流宽电压输入，充电电流可控，可根据实际需求加减功能模块，达到最佳性价比，灵活性强，体积小，适应范围广。

Description

一种宽输入模块式直流不间断电源电路

技术领域

本实用新型涉及蓄电池及供电技术领域，具体涉及一种宽输入模块式直流不间断电源电路。

背景技术

不间断电源一般包括主电源和辅助电源，主电源一般为交流电源，辅助电源为一可充电电池，该交流电源给服务器供电的同时还通过一整流器将交流电压转换为直流电压，以给该可充电电池充电，当该交流电源发生故障无法供电时，充电电池即通过一逆变器将直流电压转换为交流电压，用以供电，如此，而采用整流器及逆变器在转换电流的过程中将损耗一定量的电能，不利于节能且效率低，另外在切换时，经常出现失电现象，可充电电池长期处于充电状态，寿命短，可靠性低。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有技术存在的问题，提供一种宽输入模块式直流不间断电源电路。

为实现上述技术目的，达到上述技术效果，本实用新型通过以下技术方案实现：

一种宽输入模块式直流不间断电源电路，该系统包括直流宽电压输入端，所述直流宽电压输入端连接一输入稳压模块，用于把宽范围输入的直流电压稳定到规定的电压值，所述输入稳压模块的电压输出端连接一充电控制模块，用于输出不同的充电电流，所述充电控制模块的充电输出端连接一蓄电模块，用于给蓄电模块以不同电流值充电并储存，所述蓄电模块的输出端连接一不间断切换模块，用于切换供电通路，所述不间断切换模块的输出端连接一输出稳压模块，用于输出稳定的电压值，其中，

所述蓄电模块通过IIC接口连接一微处理器模块，所述微处理器模块连接充电控制模块；

该系统还包括直接供电通路，所述直接供电通路由依次连接的直流宽电压输入端、不间断切换模块和输出稳压模块组成，所述不间断切换模块在直流宽电压输入端与蓄电模块之间切换接通。

进一步的，所述输入稳压模块由输入滤波电路、升降压电路和输出滤波电路依次连接组成，所述输入滤波电路作为输入端连接直流宽电压输入端，所述输出滤波电路作为输出端连接充电控制模块；

所述充电控制模块由充电电路和D/A电路组成，所述充电电路的输入端连接输入稳压模块，输出端连接蓄电模块，控制端连接D/A电路，所述D/A电路的输入端连接微处理器模块；

所述蓄电模块由依次连接的锂离子电池组、电芯保护电路和电量计组成，所述锂离子电池组的输入端连接充电控制模块，主输出端连接不间断切换模块，所述电量计输出端通过IIC接口及IIC通路连接微处理器模块；

所述微处理器模块由微处理器、IIC接口、A/D输入接口和功率检测模块组成；

所述不间断切换模块由上电检测电路和切换电路组成，所述切换电路的输入端选通直流宽电压输入端和蓄电模块，所述选通方式包括单一选通和同时选通，所述切换电路的输出端连接输出稳压模块；

所述输出稳压模块由降压电路构成，所述降压电路的输出端即为系统电压输出。

进一步的，所述升降压电路包括输入端Input、输出端Output、以及四个分别由二极管反相并联在三极管的集电极和发射极之间构成的第一IGBT管Q1、第二IGBT管Q2、第三IGBT管Q3和第四IGBT管Q4组成，所述输入端Input依次串接第一IGBT管Q1、第二IGBT管Q2、第四IGBT管Q4、第三IGBT管Q3和电阻R2后连接输出端Output；

其中，在所述输入端Input与第一IGBT管Q1之间的电路上设有第一公共端a，所述第一公共端a通过电容C1接地端GND，在第一IGBT管Q1与第二IGBT管Q2之间的电路上设有第二公共端b，在第三IGBT管Q3与第四IGBT管Q4之间的电路上设有第三公共端c，所述第二公共端b通过电感L1连接第三公共端c，在第二IGBT管Q2与第四IGBT管Q4之间的电路上设有第四公共端d，所述第四公共端d通过电阻R1接地端GND，在第三IGBT管Q3与电阻R2之间的电路上设有第五公共端e，所述第五公共端e通过电容C2接地端GND；

所述第一IGBT管Q1、电感L1、第三IGBT管Q3和第四IGBT管Q4构成Boost升压通路，所述第一IGBT管Q1、电感L1、第三IGBT管Q3和第二IGBT管Q2构成Boost降压通路。

进一步的，所述充电电路包括充电电流值调节电路和充电功率电路，所述充电电流值调节电路包括连接蓄电模块的PWM信号端和参考电压端Vref，所述参考电压端Vref通过电阻R3连接PWM信号端，所述PWM信号端通过相互并联的电阻R4和电容C3接地端GND；

所述充电功率电路包括输入端Input、输出端B+、以及两个分别由二极管反相并联在三极管的集电极和发射极之间构成的第五IGBT管Q5和第六IGBT管Q6，所述输入端Input依次串接第五IGBT管Q5、电感L2和电阻R5后连接输出端B+，其中，在所述输入端Input与第五IGBT管Q5之间的电路上设有第六公共端f，所述第六公共端f通过电容C4接地端GND，在所述第五IGBT管Q5与电感L2之间的电路上设有第七公共端g，所述第七公共端g通过第六IGBT管Q6接地端GND，在所述电阻R5与输出端B+之间的电路上设有第八公共端h，所述第八公共端h通过电容C5接地端GND。

进一步的，所述切换电路包括输入端B+、输入端Input、输出端Output、以及三个分别由二极管反相并联在三极管的集电极和发射极之间构成的第七IGBT管Q201、第八IGBT管Q202和第九IGBT管Q203，所述输入端B+依次串接熔断器F201、第七IGBT管Q201和第八IGBT管Q202后连接输出端Output，所述输入端Input通过第九IGBT管Q203连接输出端Output；其中，

所述第七IGBT管Q201和第八IGBT管Q202的基极通过电阻R204连接三极管Q205的集电极，所述三极管Q205的发射极连接一公共端m，三极管Q205的基极分别连接电阻R202和三极管Q206的集电极，所述电阻R202连接公共端m，所述三极管Q206的发射极连接公共端m，三极管Q206的基极通过相互并联的电阻R206与电容C202连接公共端m，并且三极管Q206的基极通过依次串联的电阻R205和二极管ZD201连接输入端Input；

所述第九IGBT管Q203的基极通过相互并联的电阻R209与电容C204连接输出端Output，并且第九IGBT管Q203的基极通过电阻R210连接三极管Q207的集电极，所述三极管Q207的发射极连接公共端m，三极管Q207的基极通过相互并联的电阻R208与电容C203连接公共端m，并且三极管Q207的基极通过依次串联的电阻R207、二极管ZD204和二极管ZD202连接输入端Input；

所述熔断器F201与第七IGBT管Q201之间的电路上设有公共端i，所述公共端i通过电阻R201连接三极管Q205的基极；

所述第七IGBT管Q201与第八IGBT管Q202之间的电路上设有公共端j，所述公共端j通过电阻R203连接第七IGBT管Q201和第八IGBT管Q202的基极。

本实用新型的有益效果是:

本实用新型直流宽电压输入，充电电流可控，可靠性高，寿命长，可根据实际需求加减功能模块，达到最佳性价比，切换灵活性强，不失电，体积小，适应范围广。

附图说明

图1为本实用新型的整体结构示意图；

图2为本实用新型的升降压电路图；

图3为本实用新型的充电电流值调节电路图；

图4为本实用新型的充电功率电路图；

图5为本实用新型的切换电路图。

图中标号说明：1.输入稳压模块，2.微处理器模块，3.充电控制模块，4.不间断切换模块，5.输出稳压模块，6.蓄电模块。

具体实施方式

下面将参考附图并结合实施例，来详细说明本实用新型。

参照图1所示，一种宽输入模块式直流不间断电源电路，该系统包括直流宽电压输入端，在本实施例中，直流宽电压输入端输入的直流电压可以是恒压电源、可以是光伏、也可以是充电器，所述直流宽电压输入端连接一输入稳压模块1，用于把宽范围输入的直流电压稳定到规定的电压值，所述输入稳压模块1的电压输出端连接一充电控制模块3，用于输出不同的充电电流，所述充电控制模块3的充电输出端连接一蓄电模块6，用于给蓄电模块6以不同电流值充电并储存，所述蓄电模块6的输出端连接一不间断切换模块4，用于切换供电通路，所述不间断切换模块4的输出端连接一输出稳压模块5，用于输出稳定的电压值，其中，

所述蓄电模块6通过IIC接口连接一微处理器模块2；

所述微处理器模块2连接充电控制模块3；

该系统还包括直接供电通路，所述直接供电通路由依次连接的直流宽电压输入端、不间断切换模块4和输出稳压模块5组成，所述不间断切换模块4在直流宽电压输入端与蓄电模块6之间切换接通。

所述输入稳压模块1由输入滤波电路、升降压电路和输出滤波电路依次连接组成，所述输入滤波电路作为输入端连接直流宽电压输入端，所述输出滤波电路作为输出端连接充电控制模块3；

所述充电控制模块3由充电电路和D/A电路组成，所述充电电路的输入端连接输入稳压模块1，输出端连接蓄电模块6，控制端连接D/A电路，所述D/A电路的输入端连接微处理器模块2；

所述蓄电模块6由依次连接的锂离子电池组、电芯保护电路和电量计组成，所述锂离子电池组的输入端连接充电控制模块3，主输出端连接不间断切换模块4，所述电量计输出端通过IIC接口及IIC通路连接微处理器模块2；

所述微处理器模块2由微处理器、IIC接口、A/D输入接口和功率检测模块组成，所述功率检测模块用于学习跟踪输入最大功率点，并发送对应信号给充电控制模块3，使充电控制模块3以最大功率给电池组充电；

所述不间断切换模块4由上电检测电路和切换电路组成，所述切换电路的输入端选通直流宽电压输入端和蓄电模块6，所述选通方式包括单一选通和同时选通，所述切换电路的输出端连接输出稳压模块5，所述上电检测电路用于检测直流宽电压输入端接入进来的上电信号，检测到正常上电信号后，切换电路选通直流宽电压输入端，未检测到上电信号后，切换电路选通蓄电模块6，检测到非正常上电信号后，切换电路同时选通直流宽电压输入端和蓄电模块6；

所述输出稳压模块5由降压电路构成，所述降压电路的输出端即为系统电压输出。

参照图2所示，所述升降压电路包括输入端Input、输出端Output、以及四个分别由二极管反相并联在三极管的集电极和发射极之间构成的第一IGBT管Q1、第二IGBT管Q2、第三IGBT管Q3和第四IGBT管Q4组成，所述输入端Input依次串接第一IGBT管Q1、第二IGBT管Q2、第四IGBT管Q4、第三IGBT管Q3和电阻R2后连接输出端Output；

其中，在所述输入端Input与第一IGBT管Q1之间的电路上设有第一公共端a，所述第一公共端a通过电容C1接地端GND，在第一IGBT管Q1与第二IGBT管Q2之间的电路上设有第二公共端b，在第三IGBT管Q3与第四IGBT管Q4之间的电路上设有第三公共端c，所述第二公共端b通过电感L1连接第三公共端c，在第二IGBT管Q2与第四IGBT管Q4之间的电路上设有第四公共端d，所述第四公共端d通过电阻R1接地端GND，在第三IGBT管Q3与电阻R2之间的电路上设有第五公共端e，所述第五公共端e通过电容C2接地端GND；

所述第一IGBT管Q1、电感L1、第三IGBT管Q3和第四IGBT管Q4构成Boost升压通路，所述第一IGBT管Q1、电感L1、第三IGBT管Q3和第二IGBT管Q2构成Boost降压通路。

参照图3和图4所示，所述充电电路包括充电电流值调节电路和充电功率电路，所述充电电流值调节电路包括连接蓄电模块6的PWM信号端和参考电压端Vref，所述参考电压端Vref通过电阻R3连接PWM信号端，所述PWM信号端通过相互并联的电阻R4和电容C3接地端GND；

所述充电功率电路包括输入端Input、输出端B+、以及两个分别由二极管反相并联在三极管的集电极和发射极之间构成的第五IGBT管Q5和第六IGBT管Q6，所述输入端Input依次串接第五IGBT管Q5、电感L2和电阻R5后连接输出端B+，其中，在所述输入端Input与第五IGBT管Q5之间的电路上设有第六公共端f，所述第六公共端f通过电容C4接地端GND，在所述第五IGBT管Q5与电感L2之间的电路上设有第七公共端g，所述第七公共端g通过第六IGBT管Q6接地端GND，在所述电阻R5与输出端B+之间的电路上设有第八公共端h，所述第八公共端h通过电容C5接地端GND。

参照图5所示，所述切换电路包括输入端B+、输入端Input、输出端Output、以及三个分别由二极管反相并联在三极管的集电极和发射极之间构成的第七IGBT管Q201、第八IGBT管Q202和第九IGBT管Q203，所述输入端B+依次串接熔断器F201、第七IGBT管Q201和第八IGBT管Q202后连接输出端Output，所述输入端Input通过第九IGBT管Q203连接输出端Output；其中，

所述第七IGBT管Q201和第八IGBT管Q202的基极通过电阻R204连接三极管Q205的集电极，所述三极管Q205的发射极连接一公共端m，三极管Q205的基极分别连接电阻R202和三极管Q206的集电极，所述电阻R202连接公共端m，所述三极管Q206的发射极连接公共端m，三极管Q206的基极通过相互并联的电阻R206与电容C202连接公共端m，并且三极管Q206的基极通过依次串联的电阻R205和二极管ZD201连接输入端Input；

所述第九IGBT管Q203的基极通过相互并联的电阻R209与电容C204连接输出端Output，并且第九IGBT管Q203的基极通过电阻R210连接三极管Q207的集电极，所述三极管Q207的发射极连接公共端m，三极管Q207的基极通过相互并联的电阻R208与电容C203连接公共端m，并且三极管Q207的基极通过依次串联的电阻R207、二极管ZD204和二极管ZD202连接输入端Input；

所述熔断器F201与第七IGBT管Q201之间的电路上设有公共端i，所述公共端i通过电阻R201连接三极管Q205的基极；

所述第七IGBT管Q201与第八IGBT管Q202之间的电路上设有公共端j，所述公共端j通过电阻R203连接第七IGBT管Q201和第八IGBT管Q202的基极，其中，第七IGBTQ201和第八IGBT管Q202共同作用阻断上电时电池放电，第九IGBT管Q203阻断掉电时电压倒灌进输入电源，减少不必要的电能浪费，二极管ZD201、ZD202、ZD204和三极管Q205、Q206、Q207共同完成掉电上点检测以及供电线路的切换。

本实用新型原理

本实用新型中输入稳压模块1把电压稳定到额定值，为减小系统体积，减少故障点，所以本实用新型输入电压定义为直流输入而非市电输入；为减少体积蓄电模块6采用锂离子电池组，只要节数给定就意味着最高充电电压定下来了；为适用性更强，输入电压是宽范围的，即输入的电压有可能是高于最高充电电压的也可能是低于最高充电电压，本实用新型把输入电压固定到稍高于最高充电电压的电压值并提供给充电控制模块3，这样才能够把电池组充满，如图2所示，采用升降压电路，不管输入电压多少，只要在规定要求范围内就可以通过Boost升压电路和Boost降压电路稳定到额定电压值。

蓄电模块6与微处理器模块2进行IIC通信，根据返回的电池组容量信息给出不同占空比的PWM信号设置充电电流大小；根据返回的锂离子电池组电量信息设置充电电量点，比如75%以上电量不充电，减少充电次数，可有效的延长蓄电模块使用寿命，微处理器模块2可检测系统内部环境温度，确保出现异常时能及时保护，避免自毁或其他现象出现，微处理器模块2能够通过学习和跟踪输入最大功率点，以最大功率给锂离子电池组充电，降低充电时间。

如图5所示，不间断切换模块4在检测到上电信号后切断蓄电模块6的供电电路，选通直流宽电压输入端供电电路，这样可以保持蓄电池组一直是满电的，一但离线，用电系统可以获得最大化电量；另外，重载时直流宽电压输入端与蓄电模块6两者可以不间断的切换供电，防止突然断电时供电不足而丢失重要信息或者其他不良现象；而当输入电压功率不能够完全满足用电系统要求时，蓄电模块6能够迅速的补给上来，整个系统采用硬件电路检测切换以便达到快速响应目的。

此外，需要说明的是，除非特别说明或者指出，否则说明书中的术语“第一”、“第二”、“第三”等描述仅仅用于区分说明书中的各个组件、元素、步骤等，而不是用于表示各个组件、元素、步骤之间的逻辑关系或者顺序关系等。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种宽输入模块式直流不间断电源电路，该电路包括直流宽电压输入端，其特征在于，所述直流宽电压输入端连接一输入稳压模块（1），所述输入稳压模块（1）的电压输出端连接一充电控制模块（3），所述充电控制模块（3）的充电输出端连接一蓄电模块（6），所述蓄电模块（6）的输出端连接一不间断切换模块（4），所述不间断切换模块（4）的输出端连接一输出稳压模块（5），所述蓄电模块（6）通过IIC接口连接一微处理器模块（2），所述微处理器模块（2）连接充电控制模块（3），该电路还包括直接供电通路，所述直接供电通路由依次连接的直流宽电压输入端、不间断切换模块（4）和输出稳压模块（5）组成，所述不间断切换模块（4）在直流宽电压输入端与蓄电模块（6）之间切换接通。

2.根据权利要求1所述的宽输入模块式直流不间断电源电路，其特征在于，所述输入稳压模块（1）由输入滤波电路、升降压电路和输出滤波电路依次连接组成，所述输入滤波电路作为输入端连接直流宽电压输入端，所述输出滤波电路作为输出端连接充电控制模块（3）；

所述充电控制模块（3）由充电电路和D/A电路组成，所述充电电路的输入端连接输入稳压模块（1），输出端连接蓄电模块（6），控制端连接D/A电路，所述D/A电路的输入端连接微处理器模块（2）；

所述蓄电模块（6）由依次连接的锂离子电池组、电芯保护电路和电量计组成，所述锂离子电池组的输入端连接充电控制模块（3），主输出端连接不间断切换模块（4），所述电量计输出端通过IIC接口及IIC通路连接微处理器模块（2）；

所述微处理器模块（2）由微处理器、IIC接口、A/D输入接口和功率检测模块组成；

所述不间断切换模块（4）由上电检测电路和切换电路组成，所述切换电路的输入端选通直流宽电压输入端和蓄电模块（6），所述选通方式包括单一选通和同时选通，所述切换电路的输出端连接输出稳压模块（5）；

所述输出稳压模块（5）由降压电路构成，所述降压电路的输出端即为系统电压输出。

3.根据权利要求2所述的宽输入模块式直流不间断电源电路，其特征在于，所述升降压电路包括输入端Input、输出端Output、以及四个分别由二极管反相并联在三极管的集电极和发射极之间构成的第一IGBT管Q1、第二IGBT管Q2、第三IGBT管Q3和第四IGBT管Q4组成，所述输入端Input依次串接第一IGBT管Q1、第二IGBT管Q2、第四IGBT管Q4、第三IGBT管Q3和电阻R2后连接输出端Output；

其中，在所述输入端Input与第一IGBT管Q1之间的电路上设有第一公共端a，所述第一公共端a通过电容C1接地端GND，在第一IGBT管Q1与第二IGBT管Q2之间的电路上设有第二公共端b，在第三IGBT管Q3与第四IGBT管Q4之间的电路上设有第三公共端c，所述第二公共端b通过电感L1连接第三公共端c，在第二IGBT管Q2与第四IGBT管Q4之间的电路上设有第四公共端d，所述第四公共端d通过电阻R1接地端GND，在第三IGBT管Q3与电阻R2之间的电路上设有第五公共端e，所述第五公共端e通过电容C2接地端GND；

所述第一IGBT管Q1、电感L1、第三IGBT管Q3和第四IGBT管Q4构成Boost升压通路，所述第一IGBT管Q1、电感L1、第三IGBT管Q3和第二IGBT管Q2构成Boost降压通路。

4.根据权利要求2所述的宽输入模块式直流不间断电源电路，其特征在于，所述充电电路包括充电电流值调节电路和充电功率电路，所述充电电流值调节电路包括连接蓄电模块（6）的PWM信号端和参考电压端Vref，所述参考电压端Vref通过电阻R3连接PWM信号端，所述PWM信号端通过相互并联的电阻R4和电容C3接地端GND；

所述充电功率电路包括输入端Input、输出端B+、以及两个分别由二极管反相并联在三极管的集电极和发射极之间构成的第五IGBT管Q5和第六IGBT管Q6，所述输入端Input依次串接第五IGBT管Q5、电感L2和电阻R5后连接输出端B+，其中，在所述输入端Input与第五IGBT管Q5之间的电路上设有第六公共端f，所述第六公共端f通过电容C4接地端GND，在所述第五IGBT管Q5与电感L2之间的电路上设有第七公共端g，所述第七公共端g通过第六IGBT管Q6接地端GND，在所述电阻R5与输出端B+之间的电路上设有第八公共端h，所述第八公共端h通过电容C5接地端GND。

5.根据权利要求2所述的宽输入模块式直流不间断电源电路，其特征在于，所述切换电路包括输入端B+、输入端Input、输出端Output、以及三个分别由二极管反相并联在三极管的集电极和发射极之间构成的第七IGBT管Q201、第八IGBT管Q202和第九IGBT管Q203，所述输入端B+依次串接熔断器F201、第七IGBT管Q201和第八IGBT管Q202后连接输出端Output，所述输入端Input通过第九IGBT管Q203连接输出端Output；其中，

所述第七IGBT管Q201和第八IGBT管Q202的基极通过电阻R204连接三极管Q205的集电极，所述三极管Q205的发射极连接一公共端m，三极管Q205的基极分别连接电阻R202和三极管Q206的集电极，所述电阻R202连接公共端m，所述三极管Q206的发射极连接公共端m，三极管Q206的基极通过相互并联的电阻R206与电容C202连接公共端m，并且三极管Q206的基极通过依次串联的电阻R205和二极管ZD201连接输入端Input；

所述第九IGBT管Q203的基极通过相互并联的电阻R209与电容C204连接输出端Output，并且第九IGBT管Q203的基极通过电阻R210连接三极管Q207的集电极，所述三极管Q207的发射极连接公共端m，三极管Q207的基极通过相互并联的电阻R208与电容C203连接公共端m，并且三极管Q207的基极通过依次串联的电阻R207、二极管ZD204和二极管ZD202连接输入端Input；

所述熔断器F201与第七IGBT管Q201之间的电路上设有公共端i，所述公共端i通过电阻R201连接三极管Q205的基极；

所述第七IGBT管Q201与第八IGBT管Q202之间的电路上设有公共端j，所述公共端j通过电阻R203连接第七IGBT管Q201和第八IGBT管Q202的基极。