專利名稱：交直流不間斷電源的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是一種交直流不間斷電源。
不間斷電源有兩種模式傳統(tǒng)模式不間斷電源，有逆變器，輸出交流電壓；現(xiàn)代模式不間斷電源，無逆變器，輸出直流電壓。無逆變器不間斷電源(專利號97241194)、無功耗不間斷電源(專利號00114301)、綠色不間斷電源(專利號00116067)和內(nèi)置式不間斷電源(專利號00131233)等，都屬現(xiàn)代模式不間斷電源。
如果把不間斷電源用其提供給用戶設(shè)備的電壓為特征進(jìn)行分類的話，則傳統(tǒng)模式不間斷電源是交流不間斷電源，而現(xiàn)代模式不間斷電源是直流不間斷電源。傳統(tǒng)模式不間斷電源太大太笨，生產(chǎn)、設(shè)計(jì)、運(yùn)行、維護(hù)都十分困難?，F(xiàn)代模式不間斷電源具有與傳統(tǒng)模式不間斷電源完全相同的外部特征，而各項(xiàng)性能均大大超過。
與傳統(tǒng)不間斷電源相比，無逆變器不間斷電源的成本、體積、重量、功耗均減少了90％；與無逆變器不間斷電源相比，無功耗不間斷電源的成本、體積、重量、功耗又減少了90％；與無功耗不間斷電源相比，綠色不間斷電源對電網(wǎng)的諧波污染從95.6％減少到3％以下，而功率因數(shù)從68％提高到99.9％以上；與綠色不間斷電源相比，內(nèi)置式不間斷電源成本、體積、重量、功耗又減少了50％以上，并大大提高了系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性。
無論是傳統(tǒng)模式不間斷電源，還是現(xiàn)代模式不間斷電源，都必須帶有兩路靜態(tài)旁路開關(guān)，以便在不間斷電源本身出現(xiàn)故障時，切換到交流市電供電，在故障排除后切換到不間斷電源供電，如

圖1所示。
傳統(tǒng)模式不間斷電源或現(xiàn)代模式不間斷電源在一路電壓切斷，另一路電壓接入的瞬變過程中，兩路電壓差的瞬時值，會在接入旁路電路和逆變器電路之間產(chǎn)生環(huán)流。因?yàn)閁PS什么時候壞，完全是隨機(jī)的，切換時兩路電壓差的瞬時值可能達(dá)到交流電壓瞬時值的兩倍，單相時為600-800V，其波形關(guān)于X軸為對稱，請參見圖2。由于交流市電和不間斷電源兩者的內(nèi)阻都很小，因此產(chǎn)生的環(huán)流極大，其破壞性也極大。為了避免這種災(zāi)難性的后果，傳統(tǒng)不間斷電源輸出的交流電壓必須時時刻刻與交流市電保持同頻率，同相位，同幅度，其電路的復(fù)雜可想而知。旁路開關(guān)的切換有同步切換和非同步切換兩種方式，典型的切換時間分別是10毫秒(兩路靜態(tài)開關(guān))和0.2-0.8秒(一路靜態(tài)開關(guān))，在既無交流市電供電，又無逆變器供電的情況下，至少有10毫秒的時間，用戶設(shè)備僅僅依靠接在濾波器后面的電解電容提供電能，這無疑對系統(tǒng)的穩(wěn)定和安全構(gòu)成了嚴(yán)重的威脅。
現(xiàn)代模式不間斷電源，同樣面臨著上述相同的問題，請參見圖3。圖中，切換時兩路電壓瞬時值疊加后，同樣有可能達(dá)到600-800V。除此之外，還面臨著一個因直流供電而產(chǎn)生的獨(dú)特問題與微機(jī)形影不離的顯示器，有一個消磁線圈，其控制電路的輸入端直接與電源進(jìn)線相聯(lián)，直流進(jìn)入微機(jī)，也就進(jìn)入了消磁線圈，在直流電流的作用下，顯示器的消磁作用和機(jī)理，完全被破壞，其顏色立刻變得斑駁陸離，其畫面立刻變是面目全非。顯示器的消磁問題，是現(xiàn)代模式不間斷電源推廣普及的障礙。難以解決的問題最后還是無法解決，只好采取一些變通的措施。
本發(fā)明的目的是為了解決上述兩大難題，并進(jìn)一步減少成本、體積、重量、功耗，進(jìn)一步提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和安全性，把不間斷電源推向最后完美的境界。
本發(fā)明的目的是以下述方案實(shí)現(xiàn)的有市電時，提供給用戶設(shè)備的是交流電壓，市電仃電時，提供給用戶設(shè)備的是直流電壓，也就是本發(fā)明的名稱所表達(dá)的含義之所在交直流不間斷電源。說得直接一點(diǎn)就是有市電時用靜態(tài)開關(guān)把市電直接接到用戶設(shè)備的輸入端，同時對蓄電池進(jìn)行充電；市電仃電時，用靜態(tài)開關(guān)把蓄電池的直流電壓接到用戶設(shè)備的輸入端。因?yàn)橛玫氖庆o態(tài)開關(guān)，接入時間少于40微秒。一般情況下，輸出到用戶設(shè)備的是交流電，顯示器的消磁電路工作正常。同時，交流、直流兩路電源四根進(jìn)線有兩根是共用的，在切換的瞬變過程中，兩路電壓峰峰值不會超過其中一路的最大值(請參考圖4)，完全避免了瞬變過程中出現(xiàn)的災(zāi)難性后果。因此，交直流不間斷電源有以下特點(diǎn)1.解決了不間斷電源普遍存在的交流旁路的問題。
2.解決了現(xiàn)代模式不間斷電源應(yīng)用中出現(xiàn)的顯示器的消磁問題，即消除了現(xiàn)代模式不間斷電源應(yīng)用中的障礙。
3.除兩個靜態(tài)開關(guān)外，沒有任何功率器件，除觸發(fā)控制電路外，沒有任何其他元器件，元器件的數(shù)目減至最少，系統(tǒng)的可靠性和運(yùn)行的安全性大大提高，同時使其成本、體積、重量、功耗均為相同容量傳統(tǒng)不不間斷電源的千分之一，。
圖1是不間斷電源靜態(tài)開關(guān)接入方框圖，圖2是傳統(tǒng)不間斷電源切換過程中出現(xiàn)的瞬變電壓。
圖3是現(xiàn)代模式不間斷電源切換過程中出現(xiàn)的瞬變電壓。
圖4是交直流不間斷電源切換過程中出現(xiàn)的瞬變電壓。
圖5是交直流不間斷電源方框圖，圖6是交直流不間斷電源原理電路圖，圖1-圖3前面已有述及。
圖5是本發(fā)明的框圖，圖中包括靜態(tài)開關(guān)A、靜態(tài)開關(guān)B、充電電路C和蓄電池E1，市電只有火線接有靜態(tài)開關(guān)，蓄電池只有正極接有靜態(tài)開關(guān)，市電的零線和蓄電池的負(fù)極接到一起，整機(jī)不包括功率器件。
圖6中的靜態(tài)開關(guān)A由雙向可控硅SCR1組成，光電耦合器件OPT3、OPT4和控制電路U2及其周圍元件組成了SCR1的觸發(fā)電路；OPT3發(fā)光管的陽極通過電阻R10接市電火線，其陰極通過電位器VR5接地，OPT3三極管的發(fā)射極通過電阻R9接地，其集電極接Vcc，U2-1接地，U2-3通過電容C2接地，U2-2通過電阻R11、U2-6通過電阻R12同時接OPT3三極管的發(fā)射極，U2-2通過電位器VR7、U2-6通過電位器VR6同時接地，U2-4、U2-8同時接Vcc；OPT4二極管的陽極通過電阻R16接U2-3，其陰極通過電位器VR8接D點(diǎn)，OPT4三極管的集電極通過電阻R19接交流火線和SCR1的陽極，同時通過電解電容C4接D點(diǎn)，OPT4三極管的發(fā)射極接三極管Q3的基極，同時通過電阻R15接D點(diǎn)，三極管Q3、Q4的集電極接OPT三極管的集電極，Q3的發(fā)射極接Q4的基極，同時通過電阻R14接D點(diǎn)，Q4的發(fā)射極接SCR1的柵極，同時通過電阻R13接D點(diǎn)。當(dāng)市電為設(shè)定的正常范圍內(nèi)的極大值時，調(diào)節(jié)VR5，使OPT3發(fā)光二極管內(nèi)流過正常電流，通過三極管部份的放大作用，再調(diào)節(jié)VR6、VR7使加到U2-2、U2-6的電平都接近0.67Vcc，并保持U2-2的電平比U2-6的電平略小，例如小0.05Vcc。此時，U2-3輸出高電平，調(diào)節(jié)VR8，使OPT4發(fā)光管流過正常電流，則Q3、Q4導(dǎo)通，于是SCR1也導(dǎo)通，市電加到輸出端D點(diǎn)。這里，OPT3、OPT4將三種電壓隔離；要檢測的市電電壓、U2的工作電壓、SCR1陽極和陰極間的電壓。當(dāng)市電超過設(shè)定的正常范圍時，U2-6的電平超過0.67Vcc，則U2-3輸出低電平，流過OPT4發(fā)光管流的電流為零，Q3、Q4截止，于是SCR1也截止，市電加不到輸出端D點(diǎn)。當(dāng)市電回落到使U2-6的電平為0.67Vcc時，U2-3的輸出仍保持零電平，只有當(dāng)市電回落到使U2-6的電平小于0.67-0.05＝0.62Vcc時，U2-3才輸出高電平，SCR1重新導(dǎo)通，恢復(fù)交流供電。U2-6和U2-2之間的電平差值，是緩沖區(qū)間，避免靜態(tài)開關(guān)在接近市電正常范圍的高端極限值時頻繁動作。
圖6的靜態(tài)開關(guān)B由可控硅SCR2組成，光電耦合器件OPT1、OPT2和控制電路U1、或門U3、非門U4及其周圍元件組成了SCR2的觸發(fā)電路；OPT1發(fā)光管的陽極通過電阻R2接交流火線，其陰極通過電位器VR1接地，OPT1三極管的發(fā)射極通過電阻R1接地，其集電極接Vcc，U1-1接地，U1-3通過電容C1接地，U1-2通過電阻R3、U1-6通過電阻R4同時接OPT1三極管的發(fā)射極，U1-2通過電位器VR3、U1-6通過電位器VR2時接地，U1-4、U1-8同時接Vcc；OPT2二極管的陽極通過電阻R8接U3-3，其陰極通過電位器VR4接D點(diǎn)，OPT2三極管的集電極通過電阻R18接蓄電池正極和SCR2的陽極，同時通過電解電容C3接D點(diǎn)，OPT2三極管的發(fā)射極接三極管Q1的基極，同時通過電阻R7接D點(diǎn)，三極管Q1、Q2的集電極接OPT三極管的集電極，Q1的發(fā)射極接Q2的基極，同時通過電阻R6接D點(diǎn)，Q2的發(fā)射極接SCR2的柵極，同時通過電阻R5接D點(diǎn)；U3-1接U1-3，U3-2接U4-2，U4-1接U2-3。當(dāng)市電為設(shè)定的正常范圍內(nèi)的極小值時，調(diào)節(jié)VR1，使OPT1發(fā)光二極管內(nèi)流過正常電流，通過三極管部份的放大作用，再調(diào)節(jié)VR2、VR3使加到U1-2、U1-6的電平都接近0.33Vcc，并保持U1-2的電平比U1-6的電平略低，例如低0.05Vcc。此時，U1-3輸出的低電平加到U3-1，同時，U2-3輸出的高電平通過U4反相后加到U3-2，于是U3-3輸出低電平，則流過OPT2發(fā)光管的電流為零，Q1、Q2截止，于是SCR2也截止，蓄電池的直流電壓加不到輸出端D點(diǎn)。當(dāng)市電繼續(xù)下降，使得U1-2的電平低于0.33Vcc時，U1-2輸出高電平，此高電平通過或門U3、R8，使OPT2發(fā)光管流過正常電流，Q3、Q4導(dǎo)通，于是SCR2也導(dǎo)通，蓄電池的直流電壓加到輸出端D點(diǎn)。這里，OPT1、OPT2將三種電壓隔離；要檢測的市電電壓、U1的工作電壓、SCR2陽極和陰極間的電壓。當(dāng)市電繼續(xù)上升到使U1-2的電平為0.33Vcc時，U1-3的輸出仍保持高電平，只有當(dāng)市電上升到使U1-6的電平大于0.33+0.05＝0.38Vcc時，U1-3才輸出低電平，SCR2重新截止，切斷蓄電池的直流電壓。U1-6和U1-2之間的電平差值，是緩沖區(qū)間，避免靜態(tài)開關(guān)在接近市電正常范圍的低端極限值時頻繁動作。當(dāng)市電仃電時，相當(dāng)于市電低于正常范圍的低端極限值時的情形。
圖6的充電電路C由電阻R17和二極管D1組成；市電的零線和蓄電池的負(fù)極接在一起，市電的火線通過R17和D1對E1進(jìn)行充電；交流電壓經(jīng)過靜態(tài)開關(guān)A接到輸出端D點(diǎn)，當(dāng)市電仃電或過高、過低時，蓄電池E1的直流電壓經(jīng)過靜態(tài)開關(guān)B接到輸出端D點(diǎn)；在市電過高時，還同時斷開靜態(tài)開關(guān)A。充電電流是幅值為市電峰值的半波脈動電流，在市電正常期間，由于靜態(tài)開關(guān)B是斷開的，蓄電池只充電，不放電，最后浮充到市電的峰值電壓。
綜上所述，當(dāng)市電正常時，U2-3輸出高電平，U1-3輸出低電平，則U3-3輸出低電平，使SCR1導(dǎo)通，SCR2裁止，市電加到輸出端D點(diǎn)；當(dāng)市電壓超過正常范圍時，U2-3輸出低電平，U3-3輸出高電平，使SCR2截止，SCR1導(dǎo)通，蓄電池的直流電壓加到輸出端D點(diǎn)；當(dāng)市電低于正常范圍時，U1-3輸出高電平，SCR2導(dǎo)通，蓄電池的直流電壓加到輸出端D點(diǎn)。輸出電壓的正常范圍，由VR6、VR3調(diào)節(jié)。由于微機(jī)機(jī)內(nèi)的開關(guān)電源在20％的波動范圍內(nèi)能可靠工作，因此，可將20％設(shè)定為市電的正常范圍，在這樣的備件下，SCR1總是導(dǎo)通而SCR2一般不會導(dǎo)通，用戶設(shè)備用的全部是交流電壓，因此，不存在顯示器消磁上的難題；只有在市電斷電、過低、過高的情況下，用戶設(shè)備才使用蓄電池的直流電壓，這種情況是極少發(fā)生的，即使發(fā)生了，也因?yàn)殚_機(jī)已經(jīng)完畢，消磁電阻的阻值已經(jīng)大到使流過其中的電流近似為零，當(dāng)直流電流進(jìn)入時，對消磁電路已無影響。用戶設(shè)備只有在市電仃電、用蓄電池的直流電壓開機(jī)唯一一種情況下才會發(fā)生顯示器消磁的難題。一般并無直流開機(jī)的必要，如果非要直流開機(jī)，也可以采以一些應(yīng)急措施。
權(quán)利要求
1.一種交直流不間斷電源，其特征在于包括靜態(tài)開關(guān)A、靜態(tài)開關(guān)B、充電電路C和蓄電池E1；
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電源，其特征在于靜態(tài)開關(guān)A由雙向可控硅SCR1組成，光電耦合器件OPT3、OPT4和控制電路U2及其周圍元件組成了SCR1的觸發(fā)電路；OPT3發(fā)光管的陽極通過電阻R10接市電火線，其陰極通過電位器VR5接地，OPT3三極管的發(fā)射極通過電阻R9接地，其集電極接Vcc，U2-1接地，U2-3通過電容C2接地，U2-2通過電阻R11、U2-6通過電阻R12同時接OPT3三極管的發(fā)射極，U2-2通過電位器VR7、U2-6通過電位器VR6同時接地，U2-4、U2-8同時接Vcc；OPT4二極管的陽極通過電阻R16接U2-3，其陰極通過電位器VR8接D點(diǎn)，OPT4三極管的集電極通過電阻R19接交流火線和SCR1的陽極，同時通過電解電容C4接D點(diǎn)，OPT4三極管的發(fā)射極接三極管Q3的基極，同時通過電阻R15接D點(diǎn)，三極管Q3、Q4的集電極接OPT三極管的集電極，Q3的發(fā)射極接Q4的基極，同時通過電阻R14接D點(diǎn)，Q4的發(fā)射極接SCR1的柵極，同時通過電阻R13接D點(diǎn)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電源，其特征在于靜態(tài)開關(guān)B由可控硅SCR2組成，光電耦合器件OPT1、OPT2和控制電路U1、或門U3、非門U4及其周圍元件組成了SCR2的觸發(fā)電路；OPT1發(fā)光管的陽極通過電阻R2接交流火線，其陰極通過電位器VR1接地，OPT1三極管的發(fā)射極通過電阻R1接地，其集電極接Vcc，U1-1接地，U1-3通過電容C1接地，U1-2通過電阻R3、U1-6通過電阻R4同時接OPT1三極管的發(fā)射極，U1-2通過電位器VR3、U1-6通過電位器VR2時接地，U1-4、U1-8同時接Vcc OPT2二極管的陽極通過電阻R8接U3-3，其陰極通過電位器VR4接D點(diǎn)，OPT2三極管的集電極通過電阻R18接蓄電池正極和SCR2的陽極，同時通過電解電容C3接D點(diǎn)，OPT2三極管的發(fā)射極接三極管Q1的基極，同時通過電阻R7接D點(diǎn)，三極管Q1、Q2的集電極接OPT三極管的集電極，Q1的發(fā)射極接Q2的基極，同時通過電阻R6接D點(diǎn)，Q2的發(fā)射極接SCR2的柵極，同時通過電阻R5接D點(diǎn)；U3-1接U1-3，U3-2接U4-2，U4-1接U2-3。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電源，其特征在于充電電路C由電阻R17和二極管D1組成；市電的零線和蓄電池的負(fù)極接在一起，市電的火線通過R17和D1對E1進(jìn)行充電；交流電壓經(jīng)過靜態(tài)開關(guān)A接到輸出端D點(diǎn)，當(dāng)市電仃電或過高、過低時，蓄電池E1的直流電壓經(jīng)過靜態(tài)開關(guān)B接到輸出端D點(diǎn)；在市電過高時，還同時斷開靜態(tài)開關(guān)A。
全文摘要
本發(fā)明是一種交直流不間斷電源,市電的零線和蓄電池的負(fù)極接到一起。在市電正常時,將市電直接饋送到用戶設(shè)備,同時對蓄電池充電;在市電中斷,或超過預(yù)先設(shè)定的安全范圍時,自動切換至蓄電池供電。切換采用靜態(tài)開關(guān),動作時間小于40微秒。整機(jī)無功率器件,在保持傳統(tǒng)不間斷電源所有必要特征的同時,成本、體積、重量、功耗均為相同功率傳統(tǒng)不間斷電源的千分之一。
文檔編號H02J7/02GK1359184SQ0013126
公開日2002年7月17日 申請日期2000年12月14日 優(yōu)先權(quán)日2000年12月14日
發(fā)明者郁百超 申請人:郁百超