CN2428904Y - 不间断开关电源 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于交流与交流之间,交流和直流之间的变换设备,尤其属于不间断开关电源。本实用新型将开关电源和UPS共同的电源整流器、滤波器、直流滤波器及相关控制电路运用静止开关统一起来,并巧妙地把蓄电池及自动充电部分连接在开关电源的输出端,把逆变器、交流滤波器等分立元件采用新型逆变器推动厚膜模块进行代替,完成了开关电源和UPS所担负的各种任务。本实用新型体积小,成本低、维修方便、电源效率高,适应范围广。

Description

不间断开关电源

本实用新型属于交流和交流之间，交流和直流之间的变换设备，尤其属于不间断开关电源。

开关电源和不间断电源是计算机硬件的核心部分，开关电源的功能是为计算机提供±5V、±12V的电源，不间断电源的主要功能是当市电交流输入异常或断电时，它还能继续向负载供电，在一般计算机中，这两部分分别单独存在，零件多成本高，所占的体积大、故障多，维修不方便。

本实用新型的目的在于提供一种功率大，体积小的将开关电源和不间断电源组合在一起的不间断开关电源。

本实用新型所采用的技术方案为，将开关电源和不间断电源(UPS)共同的部分：电源整流器、滤波器、直流滤波及相关控制电路运用静止开关(交流中间继电器)统一起来，把逆变器、交流滤波器等分立元件，采用新型逆变器推动厚膜模块，来完成开关电源和UPS所担负的各种任务。

其电路图包括交流输入、交流线滤波、整流器、直流滤波整流、半桥变换器、直流滤波输出、逆变器、推挽变换器、交流输出、ZCS谐振集成器、蓄电池、四位变压比较器IC₄、稳压器IC₅，还包括一静止开关J、常开触点J₁₁、J₁₂、常闭触点J₂₁、J₂₂、J₂₃，J₁₁、J₂₁顺序串接在交流输入的一端，J₁₂、J₂₂顺序串接在交流输入的另一端，与交流输出形成一回路，静止开关与交流输入相连形成回路，交流线滤波、整流器分别与J₁₁、交流输入、J₁₂相连，整流器、直流滤波整流，半桥变换器、直流滤波输出、逆变器、推挽变换器、交流输出之间顺序电连接，ZCS谐振集成器IC₂有三个抽头，一个接稳压器IC₅，一个接在直流滤波整流与半桥变换器之间，另一个接蓄电池，四位变压比较器IC₃、稳压器IC₅分别与蓄电池相连，J₂₃接在直流滤波输出与逆变器之间。

本实用新型的电路中还可包括预稳压器、PWM控制器，预稳压器接在直流滤波整流与半桥变换器之间，PWM控制器的两端分别与蓄电池的两端相连，逆变器的控制电路由两个场效管代替了原先的六个大功率晶体管。

本实用新型的优点：利用静止开关J将开关电源和UPS合并成一体，体积小，成本低，维修方便，其外形尺寸与通常的微型计算机开并电源完全相同，在电路中采用高性能、高功率因素预稳压器，使整机效率提高，宽电压和频率带，适应全世界电压不需换档，并能有效地把电网中的非正弦含量变为正弦量，具有稳定性高、低失真，最小噪声瞬态响应。本实用新型解决了后备式UPS长期存在的交流旁路通道问题，保证无论是市电供电或停电，它全部通过交流滤波、整流滤波、半桥变换器、直流滤波输出唯一一条路。

图1本实用新型原理方框图

图2为本实用新型最佳实施例的原理方框图

图3图2的电路图

图4厚膜集成块UPK内部方框图

其中：1交流输入  J静止开关  3交流线滤波  4整流器  5直流滤波整流

6半桥变换器  7直流滤波输出  8逆变器  9推挽变换器  10交流输出

IC₁预稳压器  IC₂ ZCS谐振集成器  IC₃PWM控制器  14蓄电池

IC₄四位变压比较器  IC₅稳压器

下面结合视图对本实用新型进行详细描述

如图1所示将开关电源和不间断电源(UPS)共同的部分：电源整流器、滤波器、直流滤波及相关控制电路运用静止开关(交流中间继电器)统一起来，电路包括交流输入1、交流线滤波3、整流器4、直流滤波整流5、半桥变换器6、直流滤波输出7、逆变器8、推挽变换器9、交流输出10、ZCS谐振集成器IC₂、蓄电池14、四位变压比较器IC₄、稳压器IC₅，它还包括一静止开关J、常开触点J₁₁、J₁₂、常闭触点J₂₁、J₂₂、J₂₃，J₁₁、J₂₁顺序串接在交流输入1的一端，J₁₂、J₂₂顺序串接在交流输入1的另一端，与交流输出10形成一回路，静止开关J与交流输入1相连形成回路，交流线滤波3、整流器4分别与J₁₁、交流输入1、J₁₂相连，整流器4、直流滤波整流5，半桥变换器6，直流滤波输出7、逆变器8、推挽变换器9、交流输出10之间顺序电连接，ZCS谐振集成器IC₂有三个抽头，一个接稳压器IC₅，一个接在直流滤波整流5与半桥变换器6之间，另一个接蓄电池14，四位变压比较器IC₃、稳压器IC₅分别与蓄电池14相连，J₂₃接在直流滤波输出7与逆变器8之间，蓄电池14可以为酸铅电池。

如图2所示，在图1基础上增加了预稳压器IC₁、PWM控制器IC₃，使功率因数达0．99，线电流失真＜5％，并控制充电电流量。预稳压器IC₁接在直流滤波整流5与半桥变换器6之间，PWM控制器IC₃的两端分别与蓄电池14的两端相连。

如图3是图2的电路图，可以看出在逆变器的控制电路中由两个场效管代替了现有的六个大功率晶体管。

本实用新型的工作过程和原理。现结合视图简要说明如下：当市内AC220V供电时，静止开关J(图为交流中间继电器ZJY)的线圈得电起作用，常开触点J₁₁、J₁₂闭合；常闭触点J₂₁、J₂₂、J₂₃同时断开。市电流经J₁₁、J₁₂、交流线滤波器3到整流器BD4整流，通过boost即并联开关变换器，(由场应管FET、二极管VD₂₆，储能电感T和输出滤波电容C₃₂×2所组成)，把输出电压提升至400V，控制PWM的是高功率因数预稳压器IC₁(UC3854)，使功率因数达0．99，线电流失真＜5％，把非正弦分量变为正弦波，具有最小的噪音瞬态响应，能适应线电压75-275V，斩波工作频率＞200KHZ，线频率50-400HZ。

经过由C₃₇×2和FET₂×2组成的半桥变换器，将直流电源供给的直流电压400V转换成交变的方波电压，通过变压器T₃采用2组次级绕线，经整流、滤波，得到计算机所需±5V和±12V输出直流电压。控制半桥变换器6是ZCS谐振集成电路IC₂(UC3865)，通过变压器T₂隔离，定时脉冲逻辑电路为ZCS系统设定导通时间，准确交替输出1A电流供FET₂栅极驱动用。由于在零电流(ZCS)状态下输出谐振功率，使电源效率得到大的提高。

该稳压过程是由+5V输出电压取样，通过控制IC₂的2脚误差放大器同相输入端，IC₂的3脚误差放大器反相输入端与16脚5V软基准端相连，当输出电压有不稳定因素产生时，立即反应到IC₂的2脚，通过IC₂内部的放大、比较，使输出的驱动脉冲频率或宽度作相应改变，最终使输出电压保持稳定不变。精度达到10％的5V。

该稳压电源的中设有-12V和-5V输出过载保护电路。当-5V或-12V任何一路输出端出现过载现象或短路性故障时，电路即刻实现自动保护。这个电路由IC₅(LM339)、四位变压比较器IC₄中的两个比较器来组成。当-5V或-12V某一路出现过载或短路现象，将使-5V或-12V绝对值减小，IC₅的9脚或11脚电位上升，比较器马上翻转，13脚或14脚升为高电平VD₂₃其一导通，迫使IC₂的15脚故障检测端和10脚过零检测比较器输入端电位升高，电路即可以得以保护。PG信号由另外两个比较器来实现。

本专利把蓄电池组接到电源直流电压+12V末端，通过电流型PWM控制器IC₃的输出端6脚控制场效管FET₂的栅极，控制蓄电池的充电，当电压＞15V时TL₁导通，通过R₄₄、R₄₅分压反馈至IC₃的2脚误差放大器反相端与内部+2．5V相比较后，停止输出，进而关闭和场效应管FET₃，充电停止；当电压＜15V，到TL₁关闭，又重新充电。另外设计电压监视器，当蓄电池电压在10．5-15V之间时，发光二极管自动发光，当电压＞15V或＜10．5V停止发光，以期引起使用者检查电池失效或电路出故障的原因而尽快排除故障。充电量大小，可根据蓄电池容量按1／16C确定；然后通过电阻R₅₃来调整。

当市电停电时，交流中间继电器J线圈因失电而恢复原态，常开触点J₁₁、J₁₂断开，常闭触点J₂₁、J₂₂、J₂₃同时闭合，蓄电池14输出的电流经场效应管FET₄交替导通，经推挽变换器、环形变压器T₄，把直流低电压电逆变成50HZ，交流220V方波电压输出。同时，再通过原有线路交流滤波-整流-半桥变换-直流滤波输出。此时，在变压器总容量允许下，还可供给无干涉波的交流方波220V，供照明使用。

上述DC变AC是由一块厚膜集成电路IC₆(UPK9712)来实现。如图4所示，其功能包括恒流-稳压-50HZ发生器-整形-驱动输出。把传统的分立元件，集中在一块集成线路，效率达80％，220V±5％，50HZ±2％。另外具有软启动功能，超额定功率自动停车等保护功能。

在推挽线路中，用2个场效应管代替6-8个大功率晶体管，避免二次击穿，降低生产成本，缩小安装面积。厚膜集成块和场效应管使用，以及提高工作频率，相应缩小有关电容、变压器，才使本专利把开关电源和不间断电源的电路合二而一得到顺利实现。

Claims (4)

1、一种不间断开关电源，它包括交流输入(1)、交流线滤波(3)、整流器(4)、直流滤波整流(5)、半桥变换器(6)、直流滤波输出(7)、逆变器(8)、推挽变换器(9)、交流输出(10)、ZCS谐振集成器(IC₂)、蓄电池(14)、四位变压比较器(IC₄)、稳压器(IC₅)，其特征在于它还包括一静止开关(J)、常开触点J₁₁、J₁₂、常闭触点J₂₁、J₂₂、J₂₃，J₁₁、J₂₁顺序串接在交流输入(1)的一端，J₁₂、J₂₂顺序串接在交流输入(1)的另一端，与交流输出(10)形成一回路，静止开关(J)与交流输入(1)相连形成回路，交流线滤波(3)、整流器(4)分别与J₁₁、交流输入(1)、J₁₂相连，整流器(4)、直流滤波整流(5)、半桥变换器(6)，直流滤波输出(7)、逆变器(8)、推挽变换器(9)、交流输出(10)之间顺序电连接，ZCS谐振集成器(IC₂)有三个抽头，一个接稳压器(IC₅)，一个接在直流滤波整流(5)与半桥变换器(6)之间，另一个接蓄电池(14)，四位变压比较器(IC₃)、稳压器(IC₅)分别与蓄电池(14)相连，J₂₃接在直流滤波输出(7)与逆变器(8)之间。

2、根据权利要求1所述的一种不间断开关电源，其特征在于它还包括预稳压器(IC₁)，它接在直流滤波整流(5)与半桥变换器(6)之间。

3、根据权利要求1所述的一种不间断开关电源，其特征在于它还包括PWM控制器(IC₃)，PWM控制器(IC₃)的两端分别与蓄电池(14)的两端相连。

4、根据权利要求1所述的一种不间断开关电源，其特征在于其逆变器(8)的控制电路由两个场效应管组成。