CN215835191U - 一种直流不间断电源 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种直流不间断电源，包括；供电电源、充电电路、电池、供电电路、输入电压采样电路和控制器；充电电路包括使能开关，供电电路包括并联连接的供电支路和旁路开关；供电电源的输出端与充电电路的输入端电连接，充电电路的输出端与电池的正极电连接，电池的正极与供电电路的第一连接端电连接；供电电源的输出端还与供电电路的第二连接端电连接，供电电路的第二连接端用于连接负载；供电电源的输出端还与输入电压采样电路的采样端电连接，输入电压采样电路的输出端、使能开关及旁路开关分别与控制器电连接。本申请实施例可以对充电电路和供电电路分开控制，实现电池的供电电流和充电电流的独立控制，进而便于提高直流UPS的功率。

Description

一种直流不间断电源

技术领域

本申请涉及电子技术领域，尤其涉及一种直流不间断电源。

背景技术

如图1所示，传统的直流UPS一般是充电电路和负载输出共用同一个线路，线性稳压模块既给负载供电，也起到电池的充电器的作用，在实际应用中，为了不损坏电池，电池本身特性要求电池的充电电流不能超过预设电流阈值，而电池和负载是并联分流的，所以需要对充电电流进行限流，也即，电池的供电电流和充电电流的变化是同步的，在电池的供电电流减小时，电池的充电电流也要随之减小，无法对充电电流和对负载的供电电流进行独立控制，进而导致在电压固定的情况下，直流UPS的功率一般较小。

实用新型内容

为了解决上述技术问题或者至少部分地解决上述技术问题，本申请提供了一种直流不间断电源。

第一方面，本申请提供了一种直流不间断电源，包括；供电电源、充电电路、电池、供电电路、输入电压采样电路和控制器；其中，所述充电电路包括：使能开关，所述供电电路包括：并联连接的供电支路和旁路开关；

所述供电电源的输出端与所述充电电路的输入端电连接，所述充电电路的输出端与所述电池的正极电连接，所述电池的正极与所述供电电路的第一连接端电连接；

所述供电电源的输出端还与所述供电电路的第二连接端电连接，所述供电电路的第二连接端用于连接负载；

所述供电电源的输出端还与所述输入电压采样电路的采样端电连接，所述输入电压采样电路的输出端与所述控制器的第一引脚电连接，所述使能开关与所述控制器的第二引脚电连接，所述旁路开关与所述控制器的第三引脚电连接。

可选地，所述充电电路还包括：升压充电电路；

所述升压充电电路的输入端与所述充电电路的输入端电连接，所述升压充电电路的输出端与所述使能开关的一端连接。

可选地，所述充电电路还包括：电池电压采样电路；

所述电池电压采样电路的第一采样端与所述升压充电电路的检测端电连接，所述电池电压采样电路的第二采样端与所述使能开关的另一端电连接，所述电池电压采样电路的输出端与所述控制器的第四引脚电连接。

可选地，所述充电电路还包括：隔离二极管；

所述隔离二极管的阳极与所述使能开关的另一端电连接，所述隔离二极管的阴极与所述充电电路的输出端电连接。

可选地，所述供电支路包括：二极管降压电路；

所述二极管降压电路的第一连接端与所述供电支路的第一连接端端电连接，所述二极管降压电路的第二连接端与所述供电支路的第二连接端电连接。

可选地，所述二极管降压电路包括：多个串联的降压二极管；

多个串联的所述降压二极管的阳极与所述二极管降压电路的第一连接端电连接，多个串联的所述降压二极管的阴极与所述二极管降压电路的第二连接端电连接。

可选地，所述供电支路还包括：第一控制开关；

所述第一控制开关的第一连接端与所述二极管降压电路的第二连接端电连接，所述第一控制开关的第二连接端与所述供电支路的第二连接端电连接，所述第一控制开关的控制端与所述控制器的第五引脚电连接。

可选地，所述直流不间断电源还包括：线性降压电路；

所述线性降压电路的输入端与所述供电电源的输出端电连接，所述线性降压电路的输出端与所述控制器的电源端电连接。

可选地，所述直流不间断电源还包括：电流采样电路；

所述电流采样电路的采样端与所述供电电源的输出端电连接，所述电流采样电路的输出端与所述控制器的第六引脚电连接。

可选地，所述直流不间断电源还包括：第二控制开关；

所述第二控制开关的第一连接端与所述供电电路的第二连接端电连接，所述第二控制开关的第二连接端与所述电流采样电路的采样端电连接，所述第二控制开关的控制端与所述控制器的第七引脚电连接。

本申请实施例提供的上述技术方案与现有技术相比具有如下优点：

本申请实施例中，供电电源通过充电电路对电池充电，电池通过供电电路对负载供电，将充电电路和供电电路分开，不再并联设置，并在充电电路中设置使能开关，在供电电路中设置旁路开关，可以对充电电路和供电电路分开控制，实现电池的供电电流和充电电流的独立控制，进而便于提高直流UPS的功率。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本实用新型的实施例，并与说明书一起用于解释本实用新型的原理。

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例提供的一种现有技术中的直流不间断电源的电路图；

图2为本申请实施例提供的一种直流不间断电源的电路图。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

由于电池供电电流和充电电流的变化是同步的，在电池的供电电流减小时，电池的充电电流也要随之减小，无法对充电电流和对负载的供电电流进行独立控制，进而导致在电压固定的情况下，直流UPS的功率一般较小。为此，本申请实施例提供了一种直流不间断电源。

如图2所示，直流不间断电源包括；供电电源11、充电电路12、电池13、供电电路14、输入电压采样电路15和控制器16；其中，所述充电电路12包括：使能开关Q4，所述供电电路14包括：并联连接的供电支路14.1和旁路开关Q2；

所述供电电源11的输出端与所述充电电路12的输入端电连接，所述充电电路12的输出端与所述电池13的正极电连接，所述电池13的正极与所述供电电路14的第一连接端电连接；

在本申请实施例中，供电电源11可以指12V的直流电源，供电电源11的输出端即图2中的12Vdc IN。在实际应用中，供电电源11为充电电路12提供电源，充电电路12用于对电池充电。

所述供电电源11的输出端还与所述供电电路14的第二连接端电连接，所述供电电路14的第二连接端用于连接负载；

在本申请实施例中，供电电源11还用于直接对负载供电。供电电路用于将电池提供的电能输送至负载。

所述供电电源11的输出端还与所述输入电压采样电路15的采样端电连接，所述输入电压采样电路15的输出端与所述控制器16的第一引脚电连接，所述使能开关Q4与所述控制器16的第二引脚电连接，所述旁路开关Q2与所述控制器16的第三引脚电连接。

输入电压采样电路15中可以包括现有的电压采样电路，输入电压采样电路15用于对供电电源输出的电压进行采样，并将采样结果发送给控制器16，控制器16根据采样得到的电压控制使能开关和旁路开关的闭合与断开。

本申请实施例中，供电电源通过充电电路对电池充电，电池通过供电电路对负载供电，将充电电路和供电电路分开，不再并联设置，并在充电电路中设置使能开关，在供电电路中设置旁路开关，可以对充电电路和供电电路分开控制，实现电池的供电电流和充电电流的独立控制，进而便于提高直流UPS的功率。

而且，在电池没电时，供电电源的电流不会全部加到电池上，不会因为供电电源的电流过大损伤电池；电池与负载不再并联，负载端纹波电流不会直接反应到电池上，所以可以避免负载电压波动大；由于充电电路和供电电路分开控制，内部具备独立充电电路，这样，本申请对外部的供电电源没有特别要求，使用简便、适用范围广、低成本，小电流低成本DC-DC即可作为供电电源。

在本申请的又一实施例中，所述充电电路12还包括：升压充电电路12.1；

所述升压充电电路12.1的输入端与所述充电电路12的输入端电连接，所述升压充电电路12.1的输出端与所述使能开关Q4的一端连接。

本发明实施例中，升压充电电路中可以包括升压充电芯片及其外围电路，升压充电电路用于对电池进行升压充电，也即将供电电源输出的电压进行升压后输送给电池，以利用升压后的电压对电池进行充电，这样，供电电源的输出电压可以低于电池的电压，即使充电电路损坏也不会对电池造损坏，设备也能继续工作，非常适合通信，轨道交通等高要求场合。

在本申请的又一实施例中，所述充电电路12还包括：电池电压采样电路12.2；

所述电池电压采样电路12.2的第一采样端与所述升压充电电路12.1的检测端电连接，所述电池电压采样电路12.2的第二采样端与所述使能开关Q4的另一端电连接，所述电池电压采样电路12.2的输出端与所述控制器16的第四引脚电连接。

电池电压采样电路12.2中可以包括现有技术中的电压采样电路，电池电压采样电路12.2用于对升压充电电路的电压进行采样，电池电压采样电路将采集到的电池的电压输送给控制器，控制器可以根据该电压计算得到电池两端的电压。

在本申请的又一实施例中，所述充电电路12还包括：隔离二极管D1；

所述隔离二极管D1的阳极与所述使能开关D1的另一端电连接，所述隔离二极管D1的阴极与所述充电电路12的输出端电连接。

本申请实施例中，隔离二极管可以将升压充电电路和电池进行隔离，实现电流零耗电，实现电路自身零损耗，可以长时间存储；另外，由于充电电路的充电电流非常小，约0.6A，所以可以将电池电压采样电路12.2采集到的电压减去隔离二极管的压降，得到电池两端的电压。

在本申请的又一实施例中，所述供电支路14.1包括：二极管降压电路14.11；

所述二极管降压电路14.11的第一连接端与所述供电支路14.1的第一连接端端电连接，所述二极管降压电路14.11的第二连接端与所述供电支路14.1的第二连接端电连接。

可选地，所述二极管降压电路包括：多个串联的降压二极管；如图2所示，降压电路可以包括降压二极管D2、D3和D4。

多个串联的所述降压二极管的阳极与所述二极管降压电路14.11的第一连接端电连接，多个串联的所述降压二极管的阴极与所述二极管降压电路14.11的第二连接端电连接。而且，多个降压二极管串联可以使电池的供电电压降到12V，实现母线掉电(或暂降)零延时切换，一定时间后由开关管介入旁路掉二极管，提高转换效率，降低线路损耗和二极管发热。实现UPS全范围效率99％以上，提高平均无故障时间(MTBF)。

由于二极管本身具有固定压降，所说降压电路中的多个串联的二极管可以实现降压功能。

在本申请的又一实施例中，所述供电支路14.1还包括：第一控制开关Q1；

所述第一控制开关Q1的第一连接端与所述二极管降压电路14.11的第二连接端电连接，所述第一控制开关Q1的第二连接端与所述供电支路14.1的第二连接端电连接，所述第一控制开关的控制端与所述控制器的第五引脚电连接。

第一控制开关可以用于根据控制器的指令控制供电支路的通断，在需要电池为负载供电时，闭合第一控制开关，使供电支路导通。

在本申请的又一实施例中，所述直流不间断电源还包括：线性降压电路17；

所述线性降压电路17的输入端与所述供电电源11的输出端电连接，所述线性降压电路17的输出端与所述控制器16的电源端电连接。

本申请实施例中，线性降压电路中可以指降压电路(LDO)，供电电源输出的电压可以经线性降压电路降压后为控制器供电。

在本申请的又一实施例中，所述直流不间断电源还包括：电流采样电路18；

所述电流采样电路18的采样端与所述供电电源11的输出端电连接，所述电流采样电路18的输出端与所述控制器16的第六引脚电连接。

本发明实施例中，电流采样电路可以为现有技术中用于进行电流采样的电路，电流采样电路用于采集输入给负载的电流，用于对负载进行过流保护以及电量的计量等。

在本申请的又一实施例中，所述直流不间断电源还包括：第二控制开关Q3；

所述第二控制开关Q3的第一连接端与所述供电电路14的第二连接端电连接，所述第二控制开关Q3的第二连接端与所述电流采样电路18的采样端电连接，所述第二控制开关的控制端与所述控制器的第七引脚电连接。

本发明实施例中，第二控制开关可以用于根据控制器的指令控制是否向负载供电，在需要向负载供电时，闭合第二控制开关，使电路导通。

基于前述实施例，本申请在实际应用中的原理如下：

出厂时，系统都不工作，控制器无供电；当供电电源输出12V电压时，控制器上电，第一控制开关Q1、第二控制开关Q3及使能开关Q4导通，充电电路开始给电池充电；

当输入电压暂降、掉电、或负载剧烈变化，例如铁路变轨道、电车电刷变节点时，输入源动态响应不足或者受干扰引起供电电源输出的电压不稳，低于12V，此时电池会立即通过降压二极管D4、降压二极管D3、降压二极管D2及第一控制开关Q1给负载暂时提供大电流>10A。

本申请实施例可以利用二极管的管压降与导通电流成正比的特性，在一定时间内利用输入电压采样电路持续检测“输入电压”，即供电电源的输出电压，以用于判断输入是否掉电。

*若该时间段内输入电压大于11V，则判断输入未掉电，旁路开关Q2不导通；

*若该时间段内输入电压小于10V，则判断输入掉电，此时打开旁路开关Q2，UPS电源进入旁路工作模式，由电池持续给负载提供电流。

*UPS进入旁路工作模式后，控制器计时器开始工作，计时时间到或者电池电量耗尽则强制关闭旁路开关Q2及第一控制开关Q1，此时若输入源仍未工作，则控制器停止工作，系统恢复到“出厂停机”状态，电池零自耗。若输入源正常，反之由输入源介入工作并给电池充电。

需要说明的是，在本文中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅是本实用新型的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所申请的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种直流不间断电源，其特征在于，包括；供电电源、充电电路、电池、供电电路、输入电压采样电路和控制器；其中，所述充电电路包括：使能开关，所述供电电路包括：并联连接的供电支路和旁路开关；

所述供电电源的输出端与所述充电电路的输入端电连接，所述充电电路的输出端与所述电池的正极电连接，所述电池的正极与所述供电电路的第一连接端电连接；

所述供电电源的输出端还与所述供电电路的第二连接端电连接，所述供电电路的第二连接端用于连接负载；

所述供电电源的输出端还与所述输入电压采样电路的采样端电连接，所述输入电压采样电路的输出端与所述控制器的第一引脚电连接，所述使能开关与所述控制器的第二引脚电连接，所述旁路开关与所述控制器的第三引脚电连接。

2.根据权利要求1所述的直流不间断电源，其特征在于，所述充电电路还包括：升压充电电路；

所述升压充电电路的输入端与所述充电电路的输入端电连接，所述升压充电电路的输出端与所述使能开关的一端连接。

3.根据权利要求2所述的直流不间断电源，其特征在于，所述充电电路还包括：电池电压采样电路；

所述电池电压采样电路的第一采样端与所述升压充电电路的检测端电连接，所述电池电压采样电路的第二采样端与所述使能开关的另一端电连接，所述电池电压采样电路的输出端与所述控制器的第四引脚电连接。

4.根据权利要求2所述的直流不间断电源，其特征在于，所述充电电路还包括：隔离二极管；

所述隔离二极管的阳极与所述使能开关的另一端电连接，所述隔离二极管的阴极与所述充电电路的输出端电连接。

5.根据权利要求1所述的直流不间断电源，其特征在于，所述供电支路包括：二极管降压电路；

所述二极管降压电路的第一连接端与所述供电支路的第一连接端端电连接，所述二极管降压电路的第二连接端与所述供电支路的第二连接端电连接。

6.根据权利要求5所述的直流不间断电源，其特征在于，所述二极管降压电路包括：多个串联的降压二极管；

多个串联的所述降压二极管的阳极与所述二极管降压电路的第一连接端电连接，多个串联的所述降压二极管的阴极与所述二极管降压电路的第二连接端电连接。

7.根据权利要求1所述的直流不间断电源，其特征在于，所述供电支路还包括：第一控制开关；

所述第一控制开关的第一连接端与二极管降压电路的第二连接端电连接，所述第一控制开关的第二连接端与所述供电支路的第二连接端电连接，所述第一控制开关的控制端与所述控制器的第五引脚电连接。

8.根据权利要求1所述的直流不间断电源，其特征在于，所述直流不间断电源还包括：线性降压电路；

所述线性降压电路的输入端与所述供电电源的输出端电连接，所述线性降压电路的输出端与所述控制器的电源端电连接。

9.根据权利要求1所述的直流不间断电源，其特征在于，所述直流不间断电源还包括：电流采样电路；

所述电流采样电路的采样端与所述供电电源的输出端电连接，所述电流采样电路的输出端与所述控制器的第六引脚电连接。

10.根据权利要求9所述的直流不间断电源，其特征在于，所述直流不间断电源还包括：第二控制开关；

所述第二控制开关的第一连接端与所述供电电路的第二连接端电连接，所述第二控制开关的第二连接端与所述电流采样电路的采样端电连接，所述第二控制开关的控制端与所述控制器的第七引脚电连接。

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