專利名稱：通用型后備式方波不間斷電源的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型屬不間斷電源設(shè)備領(lǐng)域。
現(xiàn)有后備式方波不間斷電源(如計算機用UPS電源)，存在以下缺點1、其充電電壓固定，不能根據(jù)電池放電電壓的大小分段充電，易燒壞充電電路；2、無自動開、關(guān)機功能；3、無軟起動功能；4、無過載保護電路；5、控制板通用性差，標準型機和長延時機不能共用控制板；6、功率放大電路不能同時使用功率三極管和功率MOS管，不利于適應市場功率管的供貨情況。
本實用新型的目的是提供一種能分段充電，具有自動開、關(guān)機功能及軟起動功能、過載保護功能，通用性強、便于生產(chǎn)制造的通用性后備式方波不間斷電源。
本實用新型的技術(shù)方案是該通用型后備式方波不間斷電源，由充電電路1、公知基準電源電路3、公知報警及顯示電路4、公知電池電壓檢測電路5、公知交流穩(wěn)壓電路6、公知市電/逆變轉(zhuǎn)換電路7、保護電路、公知輸入、輸出及濾波電路11、功率放大電路13、公知逆變電路14、公知主變壓器12組成，其特殊之處在于充電電路1出端與基準電源電路3入端之間連有自動開、關(guān)機電路2(K0與電容C1正極相連，R13與V6發(fā)射極相連)，輸入交流電源P1、P2與自動開、關(guān)機電路2入端之間連有市電檢測電路8(D6與C4正極相連)，保護電路包括逆變回路過載保護電路9及輸出回路過載保護電路10，功率放大電路13同時設(shè)有功率三極管及功率場效應管，逆變電路14的脈寬調(diào)制芯片IC9的2腳上對地接有積分電容C12；基準電源電路3入端與自動開、關(guān)機電路2出端相連(R18與V6發(fā)射極相連)、出端為基準電源VDD及VCC，電池電壓檢測電路5入端與自動開、關(guān)機電路2出端及逆變電路14出端相連(R20與V8基極相連，IC9的9腳與D5負極相連)、出端與報警及顯示電路4入端相連(D5正極與D4正極相連)，交流穩(wěn)壓電路6入端與市電檢測電路8出端相連(VR2與D6負極相連)、出端為基準電源VDD，市電/逆變轉(zhuǎn)換電路7入端與市電檢測電路8出端、逆變回路過載保護電路9出端、輸出回路過載保護電路10出端及逆變電路14出端相連(VR3與D7負極相連、D8負極與D11負極、D10負極及IC9的9腳相連)、出端與充電電路1及基準電源VDD相連(R20與V5基極相連，即A點相連)，功率放大電路13入端與變壓器12的TN2繞組相連、出端與逆變電路14入端及逆變回路過載保護電路9入端相連(D15及D14分別與IC9的11及14腳相連、D9負極與場效應管V11及V12發(fā)射極相連)，輸入、輸出及濾波電路11入端與交流輸入電源P1、P2及變壓器12的TN3繞組相連(經(jīng)繼電器RL1、RL2、RL3觸頭實現(xiàn)連接)、出端與輸出回路過載保護電路10入端及交流輸出電源P3、P4相連，變壓器12的TN1繞組與充電電路1入端(硅橋U1)及逆變電路14入端(D12、D13正極)相連；充電電路1為由可變?nèi)朔€(wěn)壓塊IC1、比較器IC2、IC3、IC4、整流橋U1、功率三極管V1、V2、V4、V5、二極管D1及相應電阻、電容(R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8、R9、R10、R11、VR1、C1)組成的分段式充電電路；自動開、關(guān)機電路2為由三極管V6、V7、V8及相應電阻、電容(R12、R13、R14、R15、R16、R17、R18、C2、C3、C4、C5)組成的開關(guān)電路，市電檢測電路8由變壓器T2及分別連于其輸出繞組兩端的兩二極管(D6、D7)組成，逆變回路過載保護電路9由比較器IC6及相應電阻、電容、二極管(R31、R32、R33、R34、C8、D9、D11)組成，輸出回路過載保護電路10由比較器IC3、光電隔離器IC7及相應電阻、二極管(R35、R36、R37、R38、R39、R40、D10)組成，功率放大電路13由功率三極管V9、V10、場效應管V11、V12、電池B及相應電阻、二極管(R46、R47、R48、R49、R0、D14、D15)組成，V9、V10與V11、V12間分別通過兩相開關(guān)K1及K2連接。
分段式充電電路1通過IC2、IC3兩個比較器檢測電池實際電壓的大小，控制可變?nèi)朔€(wěn)壓塊IC1產(chǎn)生要求的充電電壓，對電池實現(xiàn)分段充電，可防止充電電壓過高、電池內(nèi)阻過小而引起的大電流燒壞IC1；同時，功率三極管V1可使大電流直接流過，也可防止燒壞充電器，使該電源可靠性得到提高。
自動開、關(guān)機電路2的開關(guān)K0合上的瞬間，由于C2和R17的作用，使三極管V6、V7導通，從而建立基準電源。當電池耗盡檢測電路5產(chǎn)生電池耗盡電壓控制信號時，三極管V8導通、V2截止，從而使V6截止，使基準電源VDD和VCC消失，UPS控制器系統(tǒng)自動停止工作；當市電正常時，市電檢測電路8產(chǎn)生控制信號，在電容C4和電阻R16的作用下，V7導通，從而使V6導通，建立起基準電源VDD和VCC，使UPS控制器自動進入市電交流穩(wěn)壓工作狀態(tài)。本裝置通過上述過程，實現(xiàn)自動開、關(guān)機功能。
通過逆變回路過載保護電路9及輸出回路過載保護電路10共同作用，實現(xiàn)短路及過載雙重保護功能。當負載超過容量的150％或輸出回路短路時，輸入、輸出及濾波電路11的取樣電阻R51產(chǎn)生電壓值，通過電位器VR5使光電隔離器IC7發(fā)光二極管工作，從而使IC7的接收三極管導通，進而使比較器IC8產(chǎn)生高電平信號，封鎖逆變電路14而使其停止工作，起到保護功率放大電路13的作用。當UPS控制器逆變輸出時，若負載過高或短路、或功率放大電路13出現(xiàn)故障，則功率放大電路13中的取樣電阻R0將產(chǎn)生大電流，并將取樣電壓輸出給逆變回路過載保護電路9中比較器IC6而產(chǎn)生高電平信號，封鎖逆變電路14，達到快速保護功率放大電路13的作用。
在逆變電路14的脈寬調(diào)制芯片IC9的2腳上對地接入的電容12可在起動時使電路產(chǎn)生延時作用，從而方便地實現(xiàn)軟起動功能。
功率放大電路同時使用功率三極管及功率場效應管，便于適應市場功率管供貨情況。當使用大功率三極管V9、V10(如MJ4502)時，將開關(guān)K1、K2分別連于b、b′端，V11、V12相應選用小功率場效應管(如IRF830)作為驅(qū)動管與之配合；當V11、V12使用大功率場效應管(如IRFZ44)時，將K1、K2分別連于a、a′端(即去掉V9、V10)即可。
通過相應改變主變壓器12的繞組TN1、TN2、TN3的匝數(shù)、電池耗盡檢測電路5的電阻R23、R21的參數(shù)、基準電源電路3的穩(wěn)壓二極管D2的參數(shù)、充電電路1的可變電阻VR1的參數(shù)、輸入、輸出及濾波電路11的繼電器RL1、RL2、RL3的參數(shù)及電池B的組合，可方便地適應不同容量(300VA～1000VA)的要求，使控制板具有良好通用性。
附圖
為本實用新型電路圖。圖中S為公知報警及顯示電路、F為公知穩(wěn)壓集成塊、G為公知轉(zhuǎn)換控制集成塊，P1、P2為輸入火線及輸入零線，P3、P4為輸出零線及輸出火線。
以下結(jié)合附圖對本實用新型作進一步闡述如圖所示，該通用型后備式方波不間斷電源以輸出額定容量為500VA為例，電池為24V、7Ah，它由分段充電電路1(由可變?nèi)朔€(wěn)壓塊IC1--LM317、比較器IC2、IC3、IC4、整流橋U1、功率三極管V1、V2、V4、V5、二極管D1及相應電阻R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8、R9、R10、R11、VR1、電容C1組成)、自動開、關(guān)機電路2(由三極管V6、V7、V8及相應電阻R12、R13、R14、R15、R16、R17、電容C3、C4組成)、公知基準電源電路3(由三極管V9、12伏穩(wěn)壓管D2及相應電阻R18、電容C5組成)、公知報警及顯示電路4(為接有發(fā)光二極管D3、二極管D4、發(fā)聲簧片F(xiàn)M、三極管V16及電阻R19的普通報警、顯示電路S)、公知電池電壓檢測電路5(由比較器IC5、二極管D5及相應電阻R21、R22、R23、R24組成)、公知交流穩(wěn)壓電路6(由普通穩(wěn)壓集成塊F及相應電阻R26、R27、R25、VR2、電容C6、三極管V13、V14、繼電器RL2、RL3組成)、公知市電/逆變轉(zhuǎn)換電路7(由普通轉(zhuǎn)換控制器集成塊G及相應電阻R29、R30、R28、VR3、電容C7、二極管D8、三極管V15，繼電器RL1組成)、市電檢測電路8(由變壓器T2及分別連于其輸出繞組兩端的兩二極管D6、D7組成)、逆變回路過載保護電路9(由比較器IC6及相應電阻R31、R32、R33、R34、二極管D8、D11、電容C8組成)、輸出回路過載保護電路10(由比較器IC8、光電隔離器IC7及相應電阻R35、R36、R37、R38、R39、R40、二極管D10組成)、公知輸入、輸出及濾波電路11(由電感L1及相應電容C12、C13、電阻R51、VR5、開關(guān)K0組成)、功率放大電路13[由功率三極管V9、V10(MJ4502)、場效應管V11、V12(IRF830)及相應電阻R46、R47、R48、R49、R0、二極管D14、D15組成，V9、V10與V11、V12分別由開關(guān)K1及K2的b、b′端相連通]、公知逆變電路14(由脈寬調(diào)制芯片SG3524及相應電阻R41、R42、R43、R44、R45、R50、VR4、電容C10、C11、二極管D12、D13組成)及公知主變壓器T1組成。充電電路1出端與基準電源電路3入端之間連有自動開、關(guān)機電路2(K0與電容C1正極相連，R18與V6發(fā)射極相連)，輸入交流電源P1、P2與自動開、關(guān)機電路2入端之間連有市電檢測電路8(D6與C4正極相連)，保護電路包括逆變回路過載保護電路9及輸出回路過載保護電路10，功率放大電路13同時設(shè)有功率三極管及功率場效應管，逆變電路14的脈寬調(diào)制芯片IC9的2腳上對地接有積分電容C12；基準電源電路3入端與自動開、關(guān)機電路2出端相連(R18與V6發(fā)射極相連)、出端為基準電源VDD及VCC，電池電壓檢測電路5入端與自動開、關(guān)機電路2出端及逆變電路14出端相連(R20與V8基極相連，IC9的9腳與D5負極相連)、出端與報警及顯示電路4入端相連(D5正極與D4正極相連)，交流穩(wěn)壓電路6入端與市電檢測電路8出端相連(VR2與D6負極相連)、出端為基準電源VDD，市電/逆變轉(zhuǎn)換電路7入端與市電檢測電路8出端、逆變回路過載保護電路9出端、輸出回路過載保護電路10出端及逆變電路14出端相連(VR3與D7負極相連、D8負極與D11負極、D10負極及IC9的9腳相連)、出端與充電電路1及基準電源VDD相連(R29與V5基極相連，即A點相連)，功率放大電路13入端與變壓器12的TN2繞組相連、出端與逆變電路14入端及逆變回路過載保護電路9入端相連(D15及D14分別與IC9的11及14腳相連、D9負極與場效應管V11及V12發(fā)射極相連)，輸入、輸出及濾波電路11入端與交流輸入電源P1、P2及變壓器12的TN3繞組相連(經(jīng)繼電器RL1、RL2、RL3觸頭實現(xiàn)連接)、出端與輸出回路過載保護電路10入端及交流輸出電源P3、P4相連，變壓器12的TN1繞組與充電電路1入端(硅橋U1)及逆變電路14入端(D12、D13正極)相連；充電電路1為由可變?nèi)朔€(wěn)壓塊IC1、比較器IC2、IC3、IC4、整流橋U1、功率三極管V1、V2、V4、V5、二極管D1及相應電阻、電容(R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8、R9、R10、R11、VR1、C1)組成的分段式充電電路；自動開、關(guān)機電路2為由三極管V6、V7、V8及相應電阻、電容(R12、R13、R14、R15、R16、R17、R18、C2、C3、C4、C5)組成的開關(guān)電路，市電檢測電路8由變壓器T2及分別連于其輸出繞組兩端的兩二極管(D6、D7)組成，逆變回路過載保護電路9由比較器IC6及相應電阻、電容、二極管(R31、R32、R33、R34、C8、D9、D11)組成，輸出回路過載保護電路10由比較器IC8、光電隔離器IC7及相應電阻、二極管(R35、R36、R37、R38、R39、R40、D10)組成，功率放大電路13由功率三極管V9、V10、場效應管V11、V12、電池B及相應電阻、二極管(R46、R47、R48、R49、R0、D14、D15)組成，V9、V10與V11、V12間分別通過兩相開關(guān)K1及K2連接。
工作時，將輸入、輸出電路11的交流輸入線P1、P2與市電相連，負載接于交流輸出線P3、P4上。合上開關(guān)K0，則交流電經(jīng)繼電器RL1、RL2、RL3常閉觸點及濾波器(由電感L1、電容C8、C9組成)輸出給用電負荷，電池電壓經(jīng)自動開、關(guān)機電路2中C2和R17作用使三極管V7導通，從而使三極管V6導通，建立起基準電壓VDD(近似等于電池電壓B+)和VCC(12V)，使系統(tǒng)進入市電正常工作狀態(tài)；同時，由于主變壓器12中繞組TN3中交流電壓的建立，在繞組TN1中感應出27V左右的電壓而加于分段式充電電路1中的整流硅橋U1交流端子上，經(jīng)可變穩(wěn)壓塊IC1產(chǎn)生充電電壓而經(jīng)二極管D1對電池B充電。當比較器IC2檢測到電池電壓B+小于22V時，比較器IC3、IC2輸出高電平使V2、V3導通，從而使穩(wěn)壓塊IC1輸出24.5V充電電壓；當IC3檢測到電池電壓B+小于24V時，IC2輸出高電平使V3導通，從而使穩(wěn)壓塊IC1輸出26.5V充電電壓；當IC4檢測到電池電壓B+大于26V時，V4導通，使穩(wěn)壓塊IC1輸出28V充電電壓。通過上述過程，實現(xiàn)對電池分段充電。
當市電電壓在165V-275V正常范圍變化時，市電檢測電路8的輸出經(jīng)市電/逆變轉(zhuǎn)換控制電路7的電位器VR3、電阻R28及轉(zhuǎn)換控制塊G，使轉(zhuǎn)換控制塊G的1腳輸出低電平電壓，從而使充電電路1的三極管V4截止，讓充電電路1有充電電壓輸出；同時，轉(zhuǎn)換控制塊G的3腳輸出高電平電壓，經(jīng)二極管D7控制逆變電路14的IC9的9腳，封鎖IC9的11腳及14腳的輸出，使其無脈沖輸出，從而使功放電路13不工作，逆變器14停止工作；而轉(zhuǎn)換控制塊G的2腳輸出低電平電壓，使三極管V15截止、繼電器RL1不吸合，其在輸入、輸出電路11中的常閉觸頭工作，交流市電輸入到主變壓器T1中，其繞組TN3處于穩(wěn)定工作狀態(tài)。此時，若市電電壓為165V-200V，則市電檢測電路8輸出一與交流電相對應的直流電壓(1.65V-2V)，該直流電壓加到交流穩(wěn)壓電路6的電位器VR2、電阻R28及穩(wěn)壓集成塊F上，使穩(wěn)壓塊F的1端輸出高電平電壓、2端輸出低電平電壓，使三極管V13導通、V14截止，繼電器RL2線圈吸合、RL3線圈釋放，位于輸入、輸出電路11中的RL2常開觸點吸合，市電輸入電壓從主變壓器T1的1端輸入、2端輸出，使交流輸出電壓為198V-240V；若市電電壓為200V-240V，則穩(wěn)壓塊F的1端和2端輸出低電平電壓，使三極管V13、V14截止，繼電器RL2和RL3的線圈釋放，輸入、輸出電路11中的繼電器RL2和RL3常閉觸頭工作，市電電壓經(jīng)RL1、RL2和RL3常閉觸頭和濾波電感L1直接輸出200V-240V電壓；若市電電壓為240V-270V，穩(wěn)壓塊F的1端輸出低電平電壓、2端輸出高電平電壓，三極管V13截止、V14導通，繼電器RL3線圈吸合，其在輸入、輸出電路11中的常開觸頭工作，輸入的交流電以RL1常閉觸頭及RL3常開觸頭加于主變壓器T1的TN3繞組3端，降壓后從其2端輸入，經(jīng)輸入、輸出及濾波電路11而輸出198V-240V電壓。當市電低于165V或停電時，市電檢測電路8產(chǎn)生檢測信號輸入到市電/逆變轉(zhuǎn)變控制電路7的電位器VR3及電阻R28上，轉(zhuǎn)換控制器G的1端輸出高電平電壓，導致分段式充電電路1中的三極管V4導通，使充電電壓降為8V以下；轉(zhuǎn)換控制器G的2端輸出高電平電壓，導致三極管V18導通，繼電器RL1線圈吸合，使其在輸入、輸出電路11中的常開觸頭工作，主變壓器T1無交流電壓輸入；轉(zhuǎn)換控制器G的3端輸出低電平電壓，逆變電路14的脈寬調(diào)制芯片IC8的9腳釋放而使逆變電路14開始工作，IC8的11腳及14腳輸出50HZ頻率脈沖，經(jīng)功率放大電路13而在主變壓器TN2繞組中產(chǎn)生方波電壓，該電壓感應到TN3的O端及3端而輸出205V-225V電壓；此時，報警及顯示電路4工作，蜂嗚器FM發(fā)聲、發(fā)光二極管D3，由電池提供能量。
當負載超過額定負載的150％或功率放大電路故障時，保護電路9和10將分別產(chǎn)生高電平電壓作用于逆變電路14中IC8的9腳，從而封鎖IC9的11腳和14腳的脈沖信號輸出，使功率放大電路13停止工作，系統(tǒng)無電壓輸出。
在額定負載正常的逆變過程中，當電池電壓低于一定值時(如20V)，報警及顯示電路4報警；當電池電壓低于耗盡值時(如18V)、電池耗盡檢測電路5產(chǎn)生高電平電壓，其一路封鎖逆變電路14中IC9的9腳，使IC9無脈沖輸出，另一路使自動開、關(guān)機電路2中三極管V8導通，從而使V6、V7截止，系統(tǒng)因無基準電源VDD、及VCC而停止工作。當市電進入正常狀態(tài)時，市電檢測電路8輸出電壓，其第一路加于自動開、關(guān)機電路2中的C4和R16，使V6、V7導通，建立起基準電壓VDD、VCC；第二路加于市電/逆變轉(zhuǎn)換控制電路7入端，使轉(zhuǎn)換控制器G的1端輸出低電平電壓，從而使充電電路1輸出充電電壓；轉(zhuǎn)換控制器G的2端有低電平電壓輸出，使V15截止、繼電器RL1線圈釋放，其在輸入、輸出電路11中的常閉觸點工作，市電輸入主變壓器T1中而使其處于交流穩(wěn)態(tài)工作狀態(tài)；轉(zhuǎn)換控制器G的3端輸出高電平電壓，使逆變電路14中IC9的9腳被封鎖，逆變電路14無脈沖輸出(即無逆變電壓輸出)；第三路加于交流穩(wěn)壓電路6入端，穩(wěn)壓塊F根據(jù)輸入市電電壓的大小控制繼電器RL2、RL3工作。
本實用新型由于采用了分段式充電電路、自動開關(guān)機電路、市電檢測電路及雙重過載保護電路及簡單的軟起動電路，因而具有可根據(jù)電池電壓大小分段充電、充電可靠性高、可自動開、關(guān)機、具有過載保護功能及軟起動功能、控制板通用性好、可隨機選用功率三極管或大功率MOS管、功能強的優(yōu)點。
權(quán)利要求1.一種通用型后備式方波不間斷電源，由充電電路1、公知基準電源電路3、公知報警及顯示電路4、公知電池電壓檢測電路5、公知交流穩(wěn)壓電路6、公知市電/逆變轉(zhuǎn)換電路7、保護電路、公知輸入、輸出及濾波電路11、功率放大電路13、公知逆變電路14、公知主變壓器12組成，其特征在于充電電路1出端與基準電源電路3入端之間連有自動開、關(guān)機電路2，輸入交流電源P1、P2與自動開、關(guān)機電路2入端之間連有市電檢測電路8，保護電路包括逆變回路過載保護電路9及輸出回路過載保護電路10，功率放大電路13同時設(shè)有功率三極管及功率場效應管，逆變電路14的脈寬調(diào)制芯片IC9的2腳上對地接有積分電容C12；基準電源電路3入端與自動開、關(guān)機電路2出端相連、出端為基準電源VDD及VCC，電池電壓檢測電路5入端與自動開、關(guān)機電路2出端及逆變電路14出端相連、出端與報警及顯示電路4入端相連，交流穩(wěn)壓電路6入端與市電檢測電路8出端相連、出端為基準電源VDD，市電/逆變轉(zhuǎn)換電路7入端與市電檢測電路8出端、逆變回路過載保護電路9出端、輸出回路過載保護電路10出端及逆變電路14出端相連、出端與充電電路1及基準電源VDD相連，功率放大電路13入端與變壓器12的TN2繞組相連、出端與逆變電路14入端及逆變回路過載保護電路9入端相連，輸入、輸出及濾波電路11入端與交流輸入電源P1、P2及變壓器12的TN3繞組相連、出端與輸出回路過載保護電路10入端及交流輸出電源P3、P4相連，變壓器12的TN1繞組與充電電路1入端及逆變電路14入端相連；充電電路1為由可變?nèi)朔€(wěn)壓塊IC1。比較器IC2、IC3、IC4、整流橋U1、功率三極管V1、V2、V4、x5、二極管D1及相應電阻、電容組成的分段式充電電路；自動開、關(guān)機電路2為由三極管V6、V7、V8及相應電阻、電容組成的開關(guān)電路，市電檢測電路8由變壓器T2及分別連于其輸出繞組兩端的兩二極管組成，逆變回路過載保護電路9由比較器IC6及相應電阻、電容、二極管組成，輸出回路過載保護電路10由比較器IC8、光電隔離器IC7及相應電阻、二極管組成，功率放大電路13由功率三極管V9、V10、場效應管V11、V12、電池B及相應電阻、二極管組成，V9、V10與V11、V12間分別通過兩相開關(guān)K1及K2連接。
專利摘要本實用新型提供一種通用型后備式方波不間斷電源,屬不間斷電源設(shè)備領(lǐng)域。它包括分段式充電電路、基準電源電路、報警電路、電池電壓檢測電路、交流穩(wěn)壓電路、市電/逆變轉(zhuǎn)換電路、輸入、輸出及濾波電路、同時設(shè)有功率三極管及場效應管的功率放大電路、設(shè)有積分電容的逆變電路及主變壓器;還設(shè)有由三極管及電阻、電容組成的自動開、關(guān)機電路,由比較器及相應元件組成的逆變回路及輸出回路過載保護電路,由變壓器及二極管組成的市電檢測電路。具有分段充電、自動開關(guān)機、通用性強、功能強、可靠性高的優(yōu)點。
文檔編號H02J7/00GK2276681SQ9620894
公開日1998年3月18日 申請日期1996年4月19日 優(yōu)先權(quán)日1996年4月19日
發(fā)明者詹躍東, 李莉 申請人:云南工業(yè)大學