CN2491997Y

CN2491997Y - 不间断电源

Info

Publication number: CN2491997Y
Application number: CN 01226378
Authority: CN
Inventors: 周忠正; 潘世高; 汪玉华; 罗烽; 吕世书
Original assignee: 周忠正
Current assignee: Dongguan Taixing Electronics Co Ltd
Priority date: 2001-06-09
Filing date: 2001-06-09
Publication date: 2002-05-15
Anticipated expiration: 2011-06-09

Abstract

一种不间断电源,包括滤波电路、市电转换电路、调压电路、变压器、充电电路、关机充电电路、开关电路、逆变电路、保护电路和单片机控制电路,通过单片机检测输入电压、输入频率、电池电压、负载电流和输出电压,控制开关电路、调压、输出、市电转换、方波输出和脉宽调制信号输出电路等,本实用新型提供了一种结构简单、电路性能稳定、成本低、控制精度高、保护功能强的单片机控制不间断电源。

Description

不间断电源

本实用新型涉及一种不间断电源。

在现有技术中，不间断电源的种类多种多样，但普遍存在如下不足：1、控制电路结构复杂，电路性能不稳定，成本高。2、控制精度低，对输入电压的适应范围小，难以满足中国电网不同地区电压波动范围大的要求，难以稳定输出电压。3、市电、逆变之间的转换困难，继电器出现误动作，不能保障产品质量。4、控制保护功能弱，难以实现输入欠压保护、过载保护和电池保护功能的可靠工作。5、在UPS未开启时，不能给电池充电。

本实用新型的目的意在克服上述现有技术的不足，提出一种结构简单、电路性能稳定、成本低、控制精度高、保护功能强的单片机控制不间断电源。

实现上述目的的技术方案：一种不间断电源，包括滤波电路、市电转换电路、调压电路、变压器、充电电路、开关电路、逆变电路和保护电路，其特征在于：设置单片机控制电路，单片机MCU的3、23脚接开关电路，单片机MCU的16~19脚分别接输入检测电路、、电池采样电路、负载采样电路和输出电压检测电路，单片机MCU的8、9、10、11脚接调压电路、输出电压电路和市电转换电路，单片机MCU的20、25脚分别接尖峰抑制电路和输入频率采样电路，单片机MCU的22脚接电源逆变驱动电路，单片机MCU的24、21脚接方波输出和脉宽调制信号输出电路。

单片机MCU的12、13脚连接有用于外接计算机串口进行数据收发的光耦合隔离器件。

设置关机充电电路，关机充电电路由D1、R12、C23、Q22、ZD6和继电器RY1组成。

充电电路由单片机MCU的11脚控制。

保护电路包括推挽式逆变驱动MOS管的过流和负载过流双重保护电路。

采用上述技术方案，本实用新型有益的技术效果在于：1、采用单片机控制，工艺简单，电路性能稳定，成本低，操作简单。2、单片机采用MCU(68HC05P6)：a.4通道的A/D实现对输入电压、输出电压、电池电压、负载电流的模数转换，控制精度高，输入电压适应范围宽，逆变输出电压稳定；b.SIOP串行口实现UPS的智能通讯；c.16位定时器可以产生三种中断源：定时器溢出中断、输入捕捉中断和输出比较中断，输入捕捉中断可实现对输入频率的测量，实现锁相；输出比较中断很容易实现PWM信号的产生。3、单片机控制保护功能强：具有输入欠压保护、过载保护和电池保护功能，工作可靠。4、关机充电：在UPS未开启时，只要有市电，就能给电池充电，弥补了市场上的有些产品因存放等造成电池欠压，不能开机而造成损坏。5、设置尖峰抑制电路，使负载电压更稳定、更可靠。6、切换可靠，在电网出现故障的情况下能保证负载不间断稳定工作。7、通过EMC滤波电路抑制市电的瞬态尖峰、差模和共模干扰。8、温升低，噪音小，能长期工作在各种恶劣环境。

下面通过实施例并结合附图，对本实用新型作进一步详细说明：

图1是本实用新型的整机结构框图。

图2是图1中的开关电路图。

图3是图1中单片机MCU的外接振荡电路图。

图4是图1中单片机MCU的外接复位电路图。

图5是图1中单片机MCU的外接检测输入电压、负载电流的A/D转换、EMC滤波、输入频率采样和关机充电电路图。

图6是图1中单片机MCU的外接检测输出电压、电池电压的A/D转换电路、充电电路和消尖峰信号电路图。

图7是图1单片机MCU外接控制调压、市电转换和输出电路图。

图8是图1中单片机MCU外接报警电路图。

图9是图1中单片机MCU的SIOP串行通讯口电路图。

图10是图1单片机MCU外接方波和脉宽调制信号输出电路图。

图11是图1中单片机MCU外接电源逆变器转换控制和“MOSFET”保护电路图。

实施例：结合图1至图11，一种不间断电源，包括滤波电路、市电转换电路、调压电路、变压器、充电电路、关机充电电路、开关电路、逆变电路、保护电路和单片机控制电路。UPS采用MOTOROLA公司的MCU(68HC05P6)，此单片机有8位4通道A/D，有SIOP串行口，20I/O，16位定时器，DIP28，内部总线，其中：1.4通道的A/D实现对输入电压、输出电压、电池电压、负载电流的模数转换；2.SIOP串行口实现UPS的智能通讯；3.16位定时器可以产生三种中断源：定时器溢出中断、输入捕捉中断和输出比较中断，输入捕捉中断实现对输入频率的测量，实现锁相；输出比较中断实现PWM信号的产生。

单片机MCU的3、23脚接开关电路，单片机MCU的16~19脚分别接输入检测电路、电池采样电路、负载采样电路和输出电压检测电路，单片机MCU的8、9、10、11脚接调压电路、输出电压电路和市电转换电路，单片机MCU的20、25脚分别接尖峰抑制电路和输入频率采样电路，单片机MCU的22脚接电源逆变驱动电路，单片机MCU的24、21脚接方波输出和脉宽调制信号输出电路，单片机MCU的12、13脚连接有用于外接计算机串口进行数据收发的光耦合隔离器件，保护电路包括推挽式逆变驱动MOS管的过流和负载过流双重保护电路。

开关电路：如图2所示，由电子开关Q1、Q2、三端稳压器Q4、手动开机按钮开关S1和三极管Q3组成，电子开关Q1的发射极接电池，电子开关Q1、Q2的集电极输出接三端稳压器Q4，单片机MCU的23脚经手动开机按钮开关S1接Q2的基极，单片机MCU的3脚接Q3基极，Q3集电极输出接Q2的基极。电池电压加在由Q1和Q2组成的电子开关提供UPS的电源，该电子开关又由Q3控制，MCU的第三脚产生一个自保信号送到Q3的基极，用该信号来控制UPS的开关，MCU可以控制各种开关机信号。

手动开机按钮开关S1，当闭合时送入到MCU的23脚一个高电平信号，MCU对这个高电平进行测量，持续2S时，MCU的3脚送出一个自保信号使Q3导通而开机。同时，这个开关还能逆变时静音和市电时的电池能量测试，在电池逆变工作时，触摸一下S1可使逆变报警静音；在市电工作模式时，触摸一下S1可转到电池工作测试电池能量后返回市电工作。

三端稳压器Q4产生一个5V的电源供MCU和作为基准电源。

MCU的外围电路和控制过程：

MCU的26、27脚外接CY1、R61、C15、C16组成的振荡器(图3所示)提供系统时钟。

28脚和14脚为电源脚，5、6脚分别指示市电、电池欠压指示。

1脚外接复位电路(图4所示)：上电时ZD5(4.1V)不导通，Q25截止，Q26导通，MCU的1脚为低电平而复位；当电源继续上升使ZD5导通，Q25导通，Q26截止，C14两端电压上升，停止复位。

如图5、图6所示，单片机MCU的四路A/D转换管脚16~19分别接输入检测电路、电池采样电路、负载采样电路和输出电压检测电路，用于检测输入电压、电池电压、负载电流和输出电压。

在图5中，市电输入后经EMC电路滤波后，经D23整流后，经R76、R71、R37分压送到U1的3脚，经跟随器后经R48送到MCU的16脚；负载电流通过R75产生一个压降取样，经D22整流，R69和R55分压滤波后送到MCU的18脚。

在图6中，输出采样绕组经D14~D17整流后，经R51和R50分压后送到MCU的19脚；电池电压经R36和R35分压后送到U1C，经跟随器送到MCU的17脚。

如图7所示，单片机MCU8、9、10、11脚外接控制调压、市电转换和输出电路：市电输入经D10整流，R21、R54限流给RY1提供电源，其他的继电器的电源由电子开关提供(+12)，当RY1吸合时转市电供电，否则电池逆变供电；RY2、RY3是在市电供电时调压用；RY4控制输出。

MCU的11脚控制市电转换，当MCU-11为高电平时，Q19导通，Q22截止，电池工作；MCU-11为低电平时，Q19截止，Q22导通，转市电工作。

当市电正常时，RY2、RY3都不吸合，市电输入直接输出；当市电过高时，RY2不吸合RY3吸合，市电从220V抽头输入，从190V抽头输出(即MCU-9输出高，MCU-10输出低)，当市电过低时，RY2吸合RY3不吸合，市电从190V抽头输入，从220V抽头输出(即MCU-9输出低，MCU-10输出高)。

在UPS正常工作时，RY4吸合有输出，当负载异常或短路时，RY4截止，切断输出。

报警电路：如图9所示，报警电路接MCU的7脚，可以有不同的报警声：

当市电正常时MCU7脚为低电平，不报警；

当电池工作时(电池容量够)，以4S间歇报警，可触摸开关静音；

当电池欠压时，以1S间歇报警；

当故障或负载短路时长鸣。

12、13脚为SIOP串行通讯口：MCU的13脚为数据发送，通过U7、U8光耦隔离送到计算机的串口；MCU的12脚为数据接收，通过U4光耦隔离接收计算机的串口发送来的数据，进行相应的操作。

单片机MCU外接方波输出和脉宽调制信号输出电路：如图10所示，24脚为TCMP为输出比较脚，输出一个50Hz的基准方波；21脚输出脉宽调制信号。

MCU的21脚输出一个标准的50Hz方波，加到U2C的4脚和V2D的3脚，同时24脚产生一个移相的50Hz方波加到U2B的第二脚和U2C的3脚。U2B、U2C输出接在一起，组成一个与非门，输出一个PWM波驱动Q8和Q9，推动变压器T4，U2D的12脚输出按U2F的6脚，从11脚输出一个与21脚反向180度的方波，与U2E的脚接成一个与非门，产生一路与U2B反相处180度的PWM波驱动Q10.Q11推动变压器T4，两路推挽工作变压器从次级耦合出220V交流电。通过逆变采样绕组的采样信号，MCU调整24脚的方波的相位，调整PWM信号来稳定输出的电压。

20脚为消尖峰信号：如图6所示，尖峰抑制电路由MCU的20脚产生一个信号经N1驱动Q6，消掉由变压器的漏感产生的反向尖峰电压。

22脚为转换控制信号：MCU的22脚加到U2A的第一脚经U2A反向后经D7、D8控制Q15，Q15控制Q5，Q5发射极接整机电源+12v，集电极输出供逆变驱动MOSFT的电源，当切断此电源逆变器停止。

25脚为输入比较脚，接输入频率采样：如图5所示，市电经R77、R70、R49、U1B组成的过零比较器，产生一个代表市电频率的方波，送至MCU的25脚。

充电电路：见图6所示，当T4工作在市电时输出绕组变为市电调压器从输出采样绕组变为充电绕组，经D14～D17整流后，经D18、C24滤波加到Q7、(LM317)上，组成一个稳压电路，经D21给电池充电，Q14控制充电，当Q14导通时，Q7的一脚为低，输出电压低于电池电压，否则充电。而Q14又由MCU的11脚控制。

保护电路：采用MOSFET的管压降和负载电流双重保护，工作更安全可靠。

如图5所示，电流通过RL负载在R75上产生一个压降取样，D22整流后R69和R55分压滤波后送到CPU的18脚，去内部软件处理。

如图11所示，驱动″MOSFET″的保护：推挽式逆变驱动MOS管的电流增大，压降增大，D4、D5、D6的负端电压上升，使U1D的12脚电压上升，当电流超过规定值时，12脚高于是13脚，使14脚输出高。致使Q5截止，Q5截止而切断VCC，使Q8、Q9无驱动电源，而不工作。

关机充电电路：见图5，关机充电电路由D1、R12、C23、Q22、ZD6和继电器RY1组成，在UPS未开启时，只要有市电，就能给电池充电。弥补了市场上的有些产品因存放等造成电池欠压，而不能开机而造成损坏。

当市电正常时，市电通过D10整流、R12、R54限流提供RY1的电源，同时通过R53开通Q22，使RY1吸合，使市电接通变压器，只对电池充电，而不对其它电路供电，也不接通负载。

EMC滤波电路：市电输入后接入EMC电路，RV2压敏电阻对市电的瞬态尖峰进行抑制，C5、C6、T1、C26、抑制差模和共模干扰。

工作时，市电输入经EMC电路后，加到转换电路上，通过对市电的检测，控制市电工作时的调压，通过尖峰抑制电路加到负载采样电路上，如果输出正常，输出切换电路切换给负载，同时给电池充电；当市电中断或异常(过高或过低)，自动切换到电池逆变工作，通过尖峰抑制电路加到负载采样电路上，如果输出正常，输出切换电路切换给负载。所有的控制均由单片机(MCU)控制。

Claims

1、一种不间断电源，包括滤波电路、市电转换电路、调压电路、变压器、充电电路、开关电路、逆变电路和保护电路，其特征在于：设置单片机MCU，单片机MCU的3、23脚接开关电路，单片机MCU的16~19脚分别接输入检测电路、电池采样电路、负载采样电路和输出电压检测电路，单片机MCU的8、9、10、11脚接调压电路、输出电压电路和市电转换电路，单片机MCU的20、25脚分别接尖峰抑制电路和输入频率采样电路，单片机MCU的22脚接电源逆变驱动电路，单片机MCU的24、21脚接方波输出和脉宽调制信号输出电路。

2、根据权利要求1所述不间断电源，其特征在于：单片机MCU的12、13脚连接有用于外接计算机串口进行数据收发的光耦合隔离器件。

3、根据权利要求1所述不间断电源，其特征在于：设置关机充电电路，关机充电电路由D1、R12、C23、Q22、ZD6和继电器RY1组成。

4、根据权利要求1所述不间断电源，其特征在于：充电电路由单片机MCU的11脚控制。

5、根据权利要求1所述不间断电源，其特征在于：保护电路包括推挽式逆变驱动MOS管的过流和负载过流双重保护电路。

6、根据权利要求1所述不间断电源，其特征在于：开关电路由电子开关Q1、Q2、三端稳压器Q4、手动开机按钮开关S1和三极管Q3组成，电子开关Q1的发射极接电池，电子开关Q1、Q2的集电极输出接三端稳压器Q4，单片机MCU的23脚经手动开机按钮开关S1接Q2的基极，单片机MCU的3脚接Q3基极，Q3集电极输出接Q2的基极。