CN2276681Y

CN2276681Y - 通用型后备式方波不间断电源

Info

Publication number: CN2276681Y
Application number: CN 96208944
Authority: CN
Inventors: 詹跃东; 李莉
Original assignee: YUNNAN POLYTECHNIC UNIV
Current assignee: YUNNAN POLYTECHNIC UNIV
Priority date: 1996-04-19
Filing date: 1996-04-19
Publication date: 1998-03-18
Anticipated expiration: 2006-04-19

Abstract

本实用新型提供一种通用型后备式方波不间断电源,属不间断电源设备领域。它包括分段式充电电路、基准电源电路、报警电路、电池电压检测电路、交流稳压电路、市电/逆变转换电路、输入、输出及滤波电路、同时设有功率三极管及场效应管的功率放大电路、设有积分电容的逆变电路及主变压器;还设有由三极管及电阻、电容组成的自动开、关机电路,由比较器及相应元件组成的逆变回路及输出回路过载保护电路,由变压器及二极管组成的市电检测电路。具有分段充电、自动开关机、通用性强、功能强、可靠性高的优点。

Description

通用型后备式方波不间断电源

本实用新型属不间断电源设备领域。

现有后备式方波不间断电源(如计算机用UPS电源)，存在以下缺点：

1、其充电电压固定，不能根据电池放电电压的大小分段充电，易烧坏充电电路；2、无自动开、关机功能；3、无软起动功能；4、无过载保护电路；5、控制板通用性差，标准型机和长延时机不能共用控制板；6、功率放大电路不能同时使用功率三极管和功率MOS管，不利于适应市场功率管的供货情况。

本实用新型的目的是：提供一种能分段充电，具有自动开、关机功能及软起动功能、过载保护功能，通用性强、便于生产制造的通用性后备式方波不间断电源。

本实用新型的技术方案是：该通用型后备式方波不间断电源，由充电电路1、公知基准电源电路3、公知报警及显示电路4、公知电池电压检测电路5、公知交流稳压电路6、公知市电/逆变转换电路7、保护电路、公知输入、输出及滤波电路11、功率放大电路13、公知逆变电路14、公知主变压器12组成，其特殊之处在于充电电路1出端与基准电源电路3入端之间连有自动开、关机电路2(K₀与电容C₁正极相连，R₁₃与V₆发射极相连)，输入交流电源P1、P2与自动开、关机电路2入端之间连有市电检测电路8(D₆与C₄正极相连)，保护电路包括逆变回路过载保护电路9及输出回路过载保护电路10，功率放大电路13同时设有功率三极管及功率场效应管，逆变电路14的脉宽调制芯片IC₉的2脚上对地接有积分电容C₁₂；基准电源电路3入端与自动开、关机电路2出端相连(R₁₈与V₆发射极相连)、出端为基准电源V_DD及V_CC，电池电压检测电路5入端与自动开、关机电路2出端及逆变电路14出端相连(R₂₀与V₈基极相连，IC₉的9脚与D₅负极相连)、出端与报警及显示电路4入端相连(D₅正极与D₄正极相连)，交流稳压电路6入端与市电检测电路8出端相连(VR₂与D₆负极相连)、出端为基准电源V_DD，市电/逆变转换电路7入端与市电检测电路8出端、逆变回路过载保护电路9出端、输出回路过载保护电路10出端及逆变电路14出端相连(VR₃与D₇负极相连、D₈负极与D₁₁负极、D₁₀负极及IC₉的9脚相连)、出端与充电电路1及基准电源V_DD相连(R₂₀与V₅基极相连，即A点相连)，功率放大电路13入端与变压器12的TN2绕组相连、出端与逆变电路14入端及逆变回路过载保护电路9入端相连(D₁₅及D₁₄分别与IC₉的11及14脚相连、D₉负极与场效应管V₁₁及V₁₂发射极相连)，输入、输出及滤波电路11入端与交流输入电源P₁、P2及变压器12的TN₃绕组相连(经继电器RL1、RL2、RL3触头实现连接)、出端与输出回路过载保护电路10入端及交流输出电源P3、P4相连，变压器12的TN1绕组与充电电路1入端(硅桥U₁)及逆变电路14入端(D₁₂、D₁₃正极)相连；充电电路1为由可变三端稳压块IC₁、比较器IC₂、IC₃、IC₄、整流桥U₁、功率三极管V₁、V₂、V₄、V₅、二极管D₁及相应电阻、电容(R₁、R₂、R₃、R₄、R₅、R₆、R₇、R₈、R₉、R₁₀、R₁₁、VR₁、C₁)组成的分段式充电电路；自动开、关机电路2为由三极管V₆、V₇、V₈及相应电阻、电容(R₁₂、R₁₃、R₁₄、R₁₅、R₁₆、R₁₇、R₁₈、C₂、C₃、C₄、C₅)组成的开关电路，市电检测电路8由变压器T2及分别连于其输出绕组两端的两二极管(D6、D7)组成，逆变回路过载保护电路9由比较器IC6及相应电阻、电容、二极管(R₃₁、R₃₂、R₃₃、R₃₄、C₈、D₉、D₁₁)组成，输出回路过载保护电路10由比较器IC₃、光电隔离器IC₇及相应电阻、二极管(R₃₅、R₃₆、R₃₇、R₃₈、R₃₉、R₄₀、D₁₀)组成，功率放大电路13由功率三极管V₉、V₁₀、场效应管V₁₁、V₁₂、电池B及相应电阻、二极管(R₄₆、R₄₇、R₄₈、R₄₉、R₀、D₁₄、D₁₅)组成，V₉、V₁₀与V₁₁、V₁₂间分别通过两相开关K₁及K₂连接。

分段式充电电路1通过IC₂、IC₃两个比较器检测电池实际电压的大小，控制可变三端稳压块IC₁产生要求的充电电压，对电池实现分段充电，可防止充电电压过高、电池内阻过小而引起的大电流烧坏IC₁ ；同时，功率三极管V₁可使大电流直接流过，也可防止烧坏充电器，使该电源可靠性得到提高。

自动开、关机电路2的开关K₀合上的瞬间，由于C₂和R₁₇的作用，使三极管V₆、V₇导通，从而建立基准电源。当电池耗尽检测电路5产生电池耗尽电压控制信号时，三极管V₈导通、V₂截止，从而使V₆截止，使基准电源V_DD和V_CC消失，UPS控制器系统自动停止工作；当市电正常时，市电检测电路8产生控制信号，在电容C₄和电阻R₁₆的作用下，V₇导通，从而使V₆导通，建立起基准电源V_DD和V_CC，使UPS控制器自动进入市电交流稳压工作状态。本装置通过上述过程，实现自动开、关机功能。

通过逆变回路过载保护电路9及输出回路过载保护电路10共同作用，实现短路及过载双重保护功能。当负载超过容量的150％或输出回路短路时，输入、输出及滤波电路11的取样电阻R₅₁产生电压值，通过电位器VR₅使光电隔离器IC₇发光二极管工作，从而使IC₇的接收三极管导通，进而使比较器IC₈产生高电平信号，封锁逆变电路14而使其停止工作，起到保护功率放大电路13的作用。当UPS控制器逆变输出时，若负载过高或短路、或功率放大电路13出现故障，则功率放大电路13中的取样电阻R₀将产生大电流，并将取样电压输出给逆变回路过载保护电路9中比较器IC₆而产生高电平信号，封锁逆变电路14，达到快速保护功率放大电路13的作用。

在逆变电路14的脉宽调制芯片IC₉的2脚上对地接入的电容12可在起动时使电路产生延时作用，从而方便地实现软起动功能。

功率放大电路同时使用功率三极管及功率场效应管，便于适应市场功率管供货情况。当使用大功率三极管V₉、V₁₀(如MJ4502)时，将开关K₁、K₂分别连于b、b′端，V₁₁、V₁₂相应选用小功率场效应管(如IRF830)作为驱动管与之配合；当V₁₁、V₁₂使用大功率场效应管(如IRFZ44)时，将K₁、K₂分别连于a、a′端(即去掉V₉、V₁₀)即可。

通过相应改变主变压器12的绕组TN₁、TN₂、TN₃的匝数、电池耗尽检测电路5的电阻R₂₃、R₂₁的参数、基准电源电路3的稳压二极管D₂的参数、充电电路1的可变电阻VR₁的参数、输入、输出及滤波电路11的继电器RL₁、RL₂、RL₃的参数及电池B的组合，可方便地适应不同容量(300VA～1000VA)的要求，使控制板具有良好通用性。

附图为本实用新型电路图。图中S为公知报警及显示电路、F为公知稳压集成块、G为公知转换控制集成块，P1、P2为输入火线及输入零线，P3、P4为输出零线及输出火线。

以下结合附图对本实用新型作进一步阐述：如图所示，该通用型后备式方波不间断电源以输出额定容量为500VA为例，电池为24V、7Ah，它由分段充电电路1(由可变三端稳压块IC₁--LM317、比较器IC₂、IC₃、IC₄、整流桥U₁、功率三极管V₁、V₂、V₄、V₅、二极管D₁及相应电阻R₁、R₂、R₃、R₄、R₅、R₆、R₇、R₈、R₉、R₁₀、R₁₁、VR₁、电容C₁组成)、自动开、关机电路2(由三极管V₆、V₇、V₈及相应电阻R₁₂、R₁₃、R₁₄、R₁₅、R₁₆、R₁₇、电容C₃、C₄组成)、公知基准电源电路3(由三极管V₉、12伏稳压管D₂及相应电阻R₁₈、电容C₅组成)、公知报警及显示电路4(为接有发光二极管D₃、二极管D₄、发声簧片FM、三极管V₁₆及电阻R₁₉的普通报警、显示电路S)、公知电池电压检测电路5(由比较器IC₅、二极管D₅及相应电阻R₂₁、R₂₂、R₂₃、R₂₄组成)、公知交流稳压电路6(由普通稳压集成块F及相应电阻R₂₆、R₂₇、R₂₅、VR₂、电容C₆、三极管V₁₃、V₁₄、继电器RL₂、RL₃组成)、公知市电/逆变转换电路7(由普通转换控制器集成块G及相应电阻R29、R30、R28、VR3、电容C7、二极管D8、三极管V15，继电器RL1组成)、市电检测电路8(由变压器T2及分别连于其输出绕组两端的两二极管D6、D7组成)、逆变回路过载保护电路9(由比较器IC6及相应电阻R₃₁、R₃₂、R₃₃、R₃₄、二极管D₈、D₁₁、电容C₈组成)、输出回路过载保护电路10(由比较器IC₈、光电隔离器IC₇及相应电阻R₃₅、R₃₆、R₃₇、R₃₈、R₃₉、R₄₀、二极管D₁₀组成)、公知输入、输出及滤波电路11(由电感L₁及相应电容C₁₂、C₁₃、电阻R₅₁、VR₅、开关K₀组成)、功率放大电路13[由功率三极管V₉、V₁₀(MJ4502)、场效应管V₁₁、V₁₂(IRF830)及相应电阻R₄₆、R₄₇、R₄₈、R₄₉、R₀、二极管D₁₄、D₁₅组成，V₉、V₁₀与V₁₁、V₁₂分别由开关K₁及K₂的b、b′端相连通]、公知逆变电路14(由脉宽调制芯片SG3524及相应电阻R₄₁、R₄₂、R₄₃、R₄₄、R₄₅、R₅₀、VR₄、电容C₁₀、C₁₁、二极管D₁₂、D₁₃组成)及公知主变压器T1组成。充电电路1出端与基准电源电路3入端之间连有自动开、关机电路2(K₀与电容C₁正极相连，R₁₈与V₆发射极相连)，输入交流电源P1、P2与自动开、关机电路2入端之间连有市电检测电路8(D₆与C₄正极相连)，保护电路包括逆变回路过载保护电路9及输出回路过载保护电路10，功率放大电路13同时设有功率三极管及功率场效应管，逆变电路14的脉宽调制芯片IC₉的2脚上对地接有积分电容C₁₂；基准电源电路3入端与自动开、关机电路2出端相连(R₁₈与V₆发射极相连)、出端为基准电源V_DD及V_CC，电池电压检测电路5入端与自动开、关机电路2出端及逆变电路14出端相连(R₂₀与V₈基极相连，IC₉的9脚与D₅负极相连)、出端与报警及显示电路4入端相连(D₅正极与D₄正极相连)，交流稳压电路6入端与市电检测电路8出端相连(VR₂与D₆负极相连)、出端为基准电源V_DD，市电/逆变转换电路7入端与市电检测电路8出端、逆变回路过载保护电路9出端、输出回路过载保护电路10出端及逆变电路14出端相连(VR₃与D₇负极相连、D₈负极与D₁₁负极、D₁₀负极及IC₉的9脚相连)、出端与充电电路1及基准电源V_DD相连(R₂₉与V₅基极相连，即A点相连)，功率放大电路13入端与变压器12的TN2绕组相连、出端与逆变电路14入端及逆变回路过载保护电路9入端相连(D₁₅及D₁₄分别与IC₉的11及14脚相连、D₉负极与场效应管V₁₁及V₁₂发射极相连)，输入、输出及滤波电路11入端与交流输入电源P₁、P2及变压器12的TN₃绕组相连(经继电器RL1、RL2、RL3触头实现连接)、出端与输出回路过载保护电路10入端及交流输出电源P3、P4相连，变压器12的TN1绕组与充电电路1入端(硅桥U₁)及逆变电路14入端(D₁₂、D₁₃正极)相连；充电电路1为由可变三端稳压块IC₁、比较器IC₂、IC₃、IC₄、整流桥U₁、功率三极管V₁、V₂、V₄、V₅、二极管D1及相应电阻、电容(R₁、R₂、R₃、R₄、R₅、R₆、R₇、R₈、R₉、R₁₀、R₁₁、VR₁、C₁)组成的分段式充电电路；自动开、关机电路2为由三极管V₆、V₇、V₈及相应电阻、电容(R₁₂、R₁₃、R₁₄、R₁₅、R₁₆、R₁₇、R₁₈、C₂、C₃、C₄、C₅)组成的开关电路，市电检测电路8由变压器T2及分别连于其输出绕组两端的两二极管(D6、D7)组成，逆变回路过载保护电路9由比较器IC6及相应电阻、电容、二极管(R₃₁、R₃₂、R₃₃、R₃₄、C₈、D₉、D₁₁)组成，输出回路过载保护电路10由比较器IC₈、光电隔离器IC₇及相应电阻、二极管(R₃₅、R₃₆、R₃₇、R₃₈、R₃₉、R₄₀、D₁₀)组成，功率放大电路13由功率三极管V₉、V₁₀、场效应管V₁₁、V₁₂、电池B及相应电阻、二极管(R₄₆、R₄₇、R₄₈、R₄₉、R₀、D₁₄、D₁₅)组成，V₉、V₁₀与V₁₁、V₁₂间分别通过两相开关K₁及K₂连接。

工作时，将输入、输出电路11的交流输入线P1、P2与市电相连，负载接于交流输出线P3、P4上。合上开关K₀，则交流电经继电器RL₁、RL₂、RL₃常闭触点及滤波器(由电感L₁、电容C₈、C₉组成)输出给用电负荷，电池电压经自动开、关机电路2中C₂和R₁₇作用使三极管V₇导通，从而使三极管V₆导通，建立起基准电压V_DD(近似等于电池电压B+)和V_CC(12V)，使系统进入市电正常工作状态；同时，由于主变压器12中绕组TN₃中交流电压的建立，在绕组TN₁中感应出27V左右的电压而加于分段式充电电路1中的整流硅桥U₁交流端子上，经可变稳压块IC₁产生充电电压而经二极管D₁对电池B充电。当比较器IC2检测到电池电压B⁺小于22V时，比较器IC₃、IC₂输出高电平使V₂、V₃导通，从而使稳压块IC₁输出24.5V充电电压；当IC₃检测到电池电压B⁺小于24V时，IC₂输出高电平使V₃导通，从而使稳压块IC₁输出26.5V充电电压；当IC₄检测到电池电压B⁺大于26V时，V₄导通，使稳压块IC₁输出28V充电电压。通过上述过程，实现对电池分段充电。

当市电电压在165V-275V正常范围变化时，市电检测电路8的输出经市电/逆变转换控制电路7的电位器VR₃、电阻R₂₈及转换控制块G，使转换控制块G的1脚输出低电平电压，从而使充电电路1的三极管V₄截止，让充电电路1有充电电压输出；同时，转换控制块G的3脚输出高电平电压，经二极管D₇控制逆变电路14的IC₉的9脚，封锁IC₉的11脚及14脚的输出，使其无脉冲输出，从而使功放电路13不工作，逆变器14停止工作；而转换控制块G的2脚输出低电平电压，使三极管V₁₅截止、继电器RL₁不吸合，其在输入、输出电路11中的常闭触头工作，交流市电输入到主变压器T₁中，其绕组TN₃处于稳定工作状态。此时，若市电电压为165V-200V，则市电检测电路8输出一与交流电相对应的直流电压(1.65V-2V)，该直流电压加到交流稳压电路6的电位器VR₂、电阻R₂₈及稳压集成块F上，使稳压块F的1端输出高电平电压、2端输出低电平电压，使三极管V₁₃导通、V₁₄截止，继电器RL₂线圈吸合、RL₃线圈释放，位于输入、输出电路11中的RL₂常开触点吸合，市电输入电压从主变压器T₁的1端输入、2端输出，使交流输出电压为198V-240V；若市电电压为200V-240V，则稳压块F的1端和2端输出低电平电压，使三极管V₁₃、V₁₄截止，继电器RL₂和RL₃的线圈释放，输入、输出电路11中的继电器RL2和RL3常闭触头工作，市电电压经RL₁、RL₂和RL₃常闭触头和滤波电感L₁直接输出200V-240V电压；若市电电压为240V-270V，稳压块F的1端输出低电平电压、2端输出高电平电压，三极管V₁₃截止、V₁₄导通，继电器RL₃线圈吸合，其在输入、输出电路11中的常开触头工作，输入的交流电以RL₁常闭触头及RL₃常开触头加于主变压器T₁的TN₃绕组3端，降压后从其2端输入，经输入、输出及滤波电路11而输出198V-240V电压。当市电低于165V或停电时，市电检测电路8产生检测信号输入到市电/逆变转变控制电路7的电位器VR₃及电阻R28上，转换控制器G的1端输出高电平电压，导致分段式充电电路1中的三极管V₄导通，使充电电压降为8V以下；转换控制器G的2端输出高电平电压，导致三极管V₁₈导通，继电器RL₁线圈吸合，使其在输入、输出电路11中的常开触头工作，主变压器T₁无交流电压输入；转换控制器G的3端输出低电平电压，逆变电路14的脉宽调制芯片IC₈的9脚释放而使逆变电路14开始工作，IC₈的11脚及14脚输出50HZ频率脉冲，经功率放大电路13而在主变压器TN₂绕组中产生方波电压，该电压感应到TN₃的O端及3端而输出205V-225V电压；此时，报警及显示电路4工作，蜂呜器FM发声、发光二极管D₃，由电池提供能量。

当负载超过额定负载的150％或功率放大电路故障时，保护电路9和10将分别产生高电平电压作用于逆变电路14中IC₈的9脚，从而封锁IC₉的11脚和14脚的脉冲信号输出，使功率放大电路13停止工作，系统无电压输出。

在额定负载正常的逆变过程中，当电池电压低于一定值时(如20V)，报警及显示电路4报警；当电池电压低于耗尽值时(如18V)、电池耗尽检测电路5产生高电平电压，其一路封锁逆变电路14中IC₉的9脚，使IC₉无脉冲输出，另一路使自动开、关机电路2中三极管V₈导通，从而使V₆、V₇截止，系统因无基准电源V_DD、及V_CC而停止工作。当市电进入正常状态时，市电检测电路8输出电压，其第一路加于自动开、关机电路2中的C₄和R₁₆，使V₆、V₇导通，建立起基准电压V_DD、V_CC；第二路加于市电/逆变转换控制电路7入端，使转换控制器G的1端输出低电平电压，从而使充电电路1输出充电电压；转换控制器G的2端有低电平电压输出，使V₁₅截止、继电器RL₁线圈释放，其在输入、输出电路11中的常闭触点工作，市电输入主变压器T₁中而使其处于交流稳态工作状态；转换控制器G的3端输出高电平电压，使逆变电路14中IC₉的9脚被封锁，逆变电路14无脉冲输出(即无逆变电压输出)；第三路加于交流稳压电路6入端，稳压块F根据输入市电电压的大小控制继电器RL₂、RL₃工作。

本实用新型由于采用了分段式充电电路、自动开关机电路、市电检测电路及双重过载保护电路及简单的软起动电路，因而具有可根据电池电压大小分段充电、充电可靠性高、可自动开、关机、具有过载保护功能及软起动功能、控制板通用性好、可随机选用功率三极管或大功率MOS管、功能强的优点。

Claims

1.一种通用型后备式方波不间断电源，由充电电路1、公知基准电源电路3、公知报警及显示电路4、公知电池电压检测电路5、公知交流稳压电路6、公知市电/逆变转换电路7、保护电路、公知输入、输出及滤波电路11、功率放大电路13、公知逆变电路14、公知主变压器12组成，其特征在于充电电路1出端与基准电源电路3入端之间连有自动开、关机电路2，输入交流电源P1、P2与自动开、关机电路2入端之间连有市电检测电路8，保护电路包括逆变回路过载保护电路9及输出回路过载保护电路10，功率放大电路13同时设有功率三极管及功率场效应管，逆变电路14的脉宽调制芯片IC₉的2脚上对地接有积分电容C₁₂；基准电源电路3入端与自动开、关机电路2出端相连、出端为基准电源V_DD及V_CC，电池电压检测电路5入端与自动开、关机电路2出端及逆变电路14出端相连、出端与报警及显示电路4入端相连，交流稳压电路6入端与市电检测电路8出端相连、出端为基准电源V_DD，市电/逆变转换电路7入端与市电检测电路8出端、逆变回路过载保护电路9出端、输出回路过载保护电路10出端及逆变电路14出端相连、出端与充电电路1及基准电源V_DD相连，功率放大电路13入端与变压器12的TN2绕组相连、出端与逆变电路14入端及逆变回路过载保护电路9入端相连，输入、输出及滤波电路11入端与交流输入电源P₁、P2及变压器12的TN₃绕组相连、出端与输出回路过载保护电路10入端及交流输出电源P3、P4相连，变压器12的TN1绕组与充电电路1入端及逆变电路14入端相连；充电电路1为由可变三端稳压块IC₁。比较器IC₂、IC₃、IC₄、整流桥U₁、功率三极管V₁、V₂、V₄、x₅、二极管D₁及相应电阻、电容组成的分段式充电电路；自动开、关机电路2为由三极管V₆、V₇、V₈及相应电阻、电容组成的开关电路，市电检测电路8由变压器T2及分别连于其输出绕组两端的两二极管组成，逆变回路过载保护电路9由比较器IC6及相应电阻、电容、二极管组成，输出回路过载保护电路10由比较器IC₈、光电隔离器IC₇及相应电阻、二极管组成，功率放大电路13由功率三极管V₉、V₁₀、场效应管V₁₁、V₁₂、电池B及相应电阻、二极管组成，V₉、V₁₀与V₁₁、V₁₂间分别通过两相开关K₁及K₂连接。