一種ups電源供應器的切換方法及ups電源供應器的製造方法
2023-09-10 19:04:30
一種ups電源供應器的切換方法及ups電源供應器的製造方法
【專利摘要】本發明涉及電源供應器領域。本發明的UPS電源供應器的切換方法，包括：A、提供第一路電源供應通道將輸入的AC電經過一AC/DC單元變換整理後，再經由一DC/DC單元變換整理，轉變為被供應對象所需的DC電並輸出，AC/DC單元變的電壓為U1，且該第一電壓U1大於第二電壓U2；B、提供第二路電源供應通道將輸入的AC電經過該AC/DC單元後，由充電電路單元給一蓄電單元充電，該蓄電單元輸出通過單向壓差隔離單元後，再經由該DC/DC單元變換整理，其中蓄電單元輸出電壓為U2；C、對第一路電源供應通道和第二路電源供應通道進行切換：當AC電正常輸入時，僅由第一路電源供應通道輸出DC電；當AC電輸入失去時，由第二路電源供應通道輸出DC電。根據上述，本發明還提出一種UPS電源供應器。
【專利說明】—種UPS電源供應器的切換方法及UPS電源供應器
【技術領域】
[0001]本發明涉及電源供應器領域，更具體的說涉及一種零切換高效率UPS電源供應器及其切換方法。
【背景技術】
[0002]高速發展的計算機、網際網路以及雲端計算技術帶領人類進入了信息社會，隨著網際網路的高速發展。人們以網絡為媒體，對信息的需求也在不斷的增加，隨之對不間斷電源的需求及供電多樣性提出了更高的要求。目前市場上多樣性供電方式主要有以下方式:一種是，採用傳統的UPS逆變器作為後備電源，其工作原理是:將DC轉換成交流後，在經電源轉換後給系統供電；該方式不僅成本高，同時整體效率低。另一種是，採用1+1電源冗餘的方式來給系統供電，當一臺電源出現故障時，將有備用電源開始供電；該方式不僅成本高，同時當AC大面積停電時，系統將不能工作。另外當今能源的枯竭、節約能源、提倡環保已經是我們亟待從各個方面解決的問題，提高電源效率也是必然的。
【發明內容】
[0003]有鑑於此，本發明人針對現有的電源供應器的上述缺陷深入研究，提出一種UPS電源供應器的高效零切換的切換方法以及該UPS電源供應器。
[0004]本發明公開一種UPS電源供應器的切換方法，包括:
[0005]A，提供第一路電源供應通道:該第一路電源供應通道是，將輸入的AC電經過一AC/DC單元變換整理後，再經由一 DC/DC單元變換整理，轉變為被供應對象所需的DC電並輸出，其中該AC/DC單兀變換整理後的電壓為第一電壓Ul,且該第一電壓Ul大於第二電壓U2 ；
[0006]B，提供第二路電源供應通道:該第二路電源供應通道是，將輸入的AC電經過該AC/DC單元變換整理後，由充電電路單元給一蓄電單元充電，該蓄電單元輸出通過單向壓差隔離單元後，再經由該DC/DC單元變換整理，轉變為被供應對象所需的DC電並輸出，其中蓄電單兀輸出電壓為第二電壓U2,且該第二電壓U2小於該第一電壓Ul ；
[0007]C，對第一路電源供應通道和第二路電源供應通道進行切換:當AC電正常輸入時，因該第一電壓Ul大於該第二電壓U2,僅由第一路電源供應通道輸出DC電；當AC電輸入失去時，由第二路電源供應通道輸出DC電。
[0008]本發明還公開一種UPS電源供應器，包括:一AC/DC單元、一充電電路單元、一蓄電單元、一單向壓差隔離單元、及一 DC/DC單元，
[0009]該AC/DC單元，輸入連接於AC電網，輸出連接於該充電電路單元和DC/DC單元，該AC/DC單元用於將AC電進行變換整理成第一電壓Ul ；
[0010]該充電電路單元，輸入連接於該AC/DC單元，輸出連接於該蓄電單元，該充電電路單元用於將該AC/DC單元輸出的第一電壓Ul進行電壓轉換和充電控制，從而對該蓄電單元進行充電；[0011 ] 該蓄電單元，輸入連接於該充電電路單元，輸出連接於該單向壓差隔離單元，該蓄電單元用於存儲電能，其兩極輸出第二電壓U2 ；
[0012]該單向壓差隔離單元，輸入連接於該蓄電單元，輸出連接於該DC/DC單元，該單向壓差隔離單元用於對電流進行單向壓差隔離，使高電壓源流向低電壓源且低電壓源不可逆回高電壓源；
[0013]該DC/DC單元，輸入連接於該AC/DC單元和單向壓差隔離單元，輸出連接於被供應對象，該DC/DC單元將該AC/DC單元輸入的第一電壓Ul或者將單向壓差隔離單元輸入的第二電壓U2轉變為被供應對象所需的DC電並輸出；
[0014]其中，當AC電網正常輸入時，該第一電壓Ul大於第二電壓U2。
[0015]本發明所公開的一種UPS電源供應器的切換方法及UPS電源供應器可以實現幾乎O時間切換，以大大提高電源的效率，從而達到節省能源的目的。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0016]圖1是本發明的總框圖；
[0017]圖2是本發明一個具體實施例的模塊連接圖；
[0018]圖3是該實施例的電路原理圖。
【具體實施方式】
[0019]現結合附圖和【具體實施方式】對本發明進一步說明。
[0020]參閱圖1所不，本發明公開一種UPS電源供應器,包括:一 AC/DC單兀Ml、一充電電路單元M2、一蓄電單元M3、一單向壓差隔離單元M4、及一 DC/DC單元M5，
[0021 ] 該AC/DC單元Ml，輸入連接於AC電網，輸出連接於該充電電路單元M2和DC/DC單元M5，該AC/DC單元Ml用於將AC電進行變換整理成第一電壓Ul ；
[0022]該充電電路單元M2，輸入連接於該AC/DC單元M1，輸出連接於該蓄電單元M3，該充電電路單元M2用於將該AC/DC單元Ml輸出的第一電壓Ul進行電壓轉換和充電控制，從而對該蓄電單元M3進行充電；
[0023]該蓄電單元M3，輸入連接於該充電電路單元M2，輸出連接於該單向壓差隔離單元M4，該蓄電單元M3用於存儲電能，其兩極輸出第二電壓U2;
[0024]該單向壓差隔離單元M4，輸入連接於該蓄電單元M3，輸出連接於該DC/DC單元M5，該單向壓差隔離單元M4用於對電流進行單向壓差隔離，使高電壓源流向低電壓源且低電壓源不可逆回高電壓源；
[0025]該DC/DC單元M5，輸入連接於該AC/DC單元Ml和單向壓差隔離單元M4，輸出連接於被供應對象，該DC/DC單元M5將該AC/DC單元Ml輸入的第一電壓Ul或者將單向壓差隔離單元M4輸入的第二電壓U2轉變為被供應對象所需的DC電並輸出；
[0026]其中，當AC電網正常輸入時，該第一電壓Ul大於第二電壓U2。
[0027]由上可知，本發明的UPS電源供應器包括了 2路電源供應通道。第一路電源供應通道是將AC電網輸入的AC電經過AC/DC單元Ml變換整理(如整流、濾波、變壓等)後，輸出第一電壓Ul，第一電壓Ul再經由DC/DC單元M5變換整理(如直流降壓)，轉變為被供應對象所需的DC電 並輸出。第二路電源供應通道是JfAC電網輸入的AC電經過AC/DC單元Ml變換整理(整流、濾波、變壓等)後，由充電電路單元M2給一蓄電單元M3 (鉛酸蓄電池、鋰電池等)充電，該蓄電單元M4輸出第二電壓U2，通過單向壓差隔離單元M3後，再經由該DC/DC單元M5變換整理，轉變為被供應對象所需的DC電並輸出。
[0028]在AC電網正常輸入時，由第一路電源供應通道正常供電；並由於該第二電壓U2小於該第一電壓U1，且單向壓差隔離單元M4進行單向壓差隔離，則蓄電單元M3並不輸出，即第二路電源供應通道不起作用。在AC電網斷電時，則第一路電源供應通道失電，則AC/DC單元Ml輸出的第一電壓Ul也隨之快速下降並消除，當該第一電壓Ul下降至小於第二電壓U2時，單向壓差隔離單元M4不再反向隔離，蓄電單元M3立即流入並通過單向壓差隔離單元M4，並由DC/DC單元M5變換整理，轉變為被供應對象所需的DC電輸出。由於這種切換是隨著AC電網斷電時，第一電壓Ul迅速下降至低於第二電壓U2時，第二路電源供應通道就同步導通的，因此實現了零切換(幾乎同時)和高效率的特點。
[0029]該DC/DC單元M5採用降壓斬波器電路實現。該單向壓差隔離單元M4可以通過MOS開關電路、固態繼電器、開關晶片等一類具有使高電壓源流向低電壓源且低電壓源不可逆回高電壓源的單向壓差隔離功能的電路和元器件實現。但是優選的，可以採用肖特基二極體來實現，肖特基二極體具有極高的相應速度且成本便宜，簡單可靠。
[0030]為了進一步說明，下面以一個具體實施例來對本發明進行進一步說明。
[0031 ] 參閱圖2和圖3所示，該實施例的UPS電源供應器是:一交流輸入電磁幹擾濾波電路(EMC) I輸出連接至整流濾波電路2，整流濾波電路2連接至功率因素矯正電路3，功率因素矯正電路3通過大電容4，連接於主變壓器5，主變壓器5再經過整流濾波電路6，輸出給降壓斬波器電路(buck電路)7，降壓斬波器電路7根據供應對象需要，分別通過+12V直流輸出電路17、+3.3V直流降壓電路18、+5V直流降壓電路19、_12V直流輸出電路20分別輸出DC+12V、DC+3.3V、DC+5V、DC-12V，該+12V直流輸出電路17、+3.3V直流輸出電路18、+5V直流輸出電路19、-12V直流輸出電路20通過過電壓、欠電壓、過電流、溫度保護開關機控制電源準備信號採集電路21採集反饋信號，輸出給保護和開關機控制電路16，該保護和開關機控制電路16連接於降壓斬波器電路7以進行控制，該保護和開關機控制電路16輸出連接至脈寬控制電路13、脈寬控制電路13通過主開關管9對主變壓器5進行逆變控制，該大電容4連接+5V輔助電源8，以輸出+5V輔助電壓給功率因素矯正電路3，+5V輔助電源8也連接至該保護和開關機控制電路16，上述的整流濾波電路6另一路輸出連接至電池充電電路10、電池充電電路10輸出給電池組11充電，電池組11通過隔離二極體12輸出至該降壓斬波器電路7。此外，該電池組11通過電池電量檢測控制電路15檢測電量，並反饋連接至保護和開關機控制電路16，及輸出至蜂鳴器控制電路14進行示警。該實施例中，整流濾波電路6輸出的第一電壓Ul是30V的直流電壓，而電池組11是24V額定電壓電池，其兩端的第二電壓U2是24V的直流電壓；顯然的滿足第一電壓Ul大於第二電壓U2。
[0032]該實例中，電池組11是採用的是24V額定電壓電池，其浮充電壓為27V，因此在AC市電輸入時，經AC/DC (整流濾波電路2、大電容4、主變壓器5、主開關管9、脈寬控制電路13、整流濾波電路6、開關機控制電路16等實現)將其轉換成30V的直流電壓，接到降壓斬波器電路7輸入端，同時24V的電池組11經隔離二極體12接入到降壓斬波器電路7輸入端。當AC供電的時候，經AC/DC產生的30VDC電壓高於24V的電池組11的浮充電壓，隔離二極體12反向截止，此時由AC輸入為降壓斬波器電路7提供能量，維持系統的正常運行；電池組11不工作；當AC掉電時，隔離二極體12正嚮導通，此時電池組11經隔離二極體12為降壓斬波器電路7提供能量，使輸出電壓正常，維持系統正常運行。
[0033]該實施例中，AC/DC單元Ml是由交流輸入電磁幹擾濾波電路1、整流濾波電路2、功率因素矯正電路3、大電容4、主變壓器5、主開關管9、脈寬控制電路13、整流濾波電路6、開關機控制電路16等主要部分及+5V輔助電源8、電壓、欠電壓、過電流、溫度保護開關機控制電源準備信號採集電路21等輔助部分來實現，但根據電源實際用途需要，可以這些組成模塊還進行減少和增加。
[0034]再次參閱圖3所示，此電路原理圖是該實施例的一種具體實現方式，除了包括上述的各電路模塊外，還包括其他一些輔助電路模塊，例如上位機監控接口模塊22、反饋信號接口模塊23等。該實施例僅用於說明本發明的一種具體實現電路，本領域技術人員可以根據電源設計的需要，採用不同的晶片和元器件的連接電路來實現。在此僅列舉其中一部分電路模塊的電路，如電磁幹擾濾波電路I是由防雷管、共模電感、電容等並聯組成，降壓斬波器電路7由晶片控制部分7-1和MOS開關部分7-2組成，保護和開關機控制電路16和電壓、欠電壓、過電流、溫度保護開關機控制電源準備信號採集電路21通過電源控制晶片U16組成的電源管理電路實現，脈寬控制電路13由PWM晶片U6和過零檢測晶片U3組成的電路實現，電池充電電路10中的輸出埠 BAT+連接於電池組11的正極，隔離二極體12是串聯的肖特基二極體D34、D35，等等。這些均是本領域技術人員可以掌握的常規技術內容，於此不再一一詳細說明。
[0035]儘管結合優選實施方案具體展示和介紹了本發明，但所屬領域的技術人員應該明白，在不脫離所附權利要求書所限定的本發明的精神和範圍內，在形式上和細節上可以對本發明做出各種變化，均為本發明的保護範圍。
【權利要求】
1.一種UPS電源供應器的切換方法,包括: A，提供第一路電源供應通道:該第一路電源供應通道是，將輸入的AC電經過一 AC/DC單元變換整理後，再經由一 DC/DC單元變換整理，轉變為被供應對象所需的DC電並輸出，其中該AC/DC單元變換整理後的電壓為第一電壓Ul，且該第一電壓Ul大於第二電壓U2 ； B，提供第二路電源供應通道:該第二路電源供應通道是，將輸入的AC電經過該AC/DC單元變換整理後，由充電電路單元給一蓄電單元充電，該蓄電單元輸出通過單向壓差隔離單元後，再經由該DC/DC單元變換整理，轉變為被供應對象所需的DC電並輸出，其中蓄電單兀輸出電壓為第二電壓U2,且該第二電壓U2小於該第一電壓Ul ； C，對第一路電源供應通道和第二路電源供應通道進行切換:當AC電正常輸入時，因該第一電壓Ul大於該第二電壓U2,僅由第一路電源供應通道輸出DC電；iAC電輸入失去時，由第二路電源供應通道輸出DC電。
2.根據權利要求1所述的UPS電源供應器的切換方法，其特徵在於:該DC/DC單元採用降壓斬波器電路實現。
3.根據權利要求1所述的UPS電源供應器的切換方法，其特徵在於:該單向壓差隔離單元採用肖特基二極體實現。
4.一種UPS電源供應器,包括:一 AC/DC單兀、一充電電路單兀、一蓄電單兀、一單向壓差隔離單元、及一 DC/DC單元， 該AC/DC單元，輸入連接於AC電網，輸出連接於該充電電路單元和DC/DC單元，該AC/DC單兀用於將AC電進行變換整理成第一電壓Ul ； 該充電電路單元，輸入連接於該AC/DC單元，輸出連接於該蓄電單元，該充電電路單元用於將該AC/DC單元輸出的第一電壓Ul進行電壓轉換和充電控制，從而對該蓄電單元進行充電； 該蓄電單元，輸入連接於該充電電路單元，輸出連接於該單向壓差隔離單元，該蓄電單元用於存儲電能，其兩極輸出第二電壓U2 ； 該單向壓差隔離單元，輸入連接於該蓄電單元，輸出連接於該DC/DC單元，該單向壓差隔離單元用於對電流進行單向壓差隔離，使高電壓源流向低電壓源且低電壓源不可逆回高電壓源； 該DC/DC單元，輸入連接於該AC/DC單元和單向壓差隔離單元，輸出連接於被供應對象，該DC/DC單元將該AC/DC單元輸入的第一電壓Ul或者將單向壓差隔離單元輸入的第二電壓U2轉變為被供應對象所需的DC電並輸出； 其中，當AC電網正常輸入時,該第一電壓Ul大於第二電壓U2。
5.根據權利要求1所述的UPS電源供應器，其特徵在於:該AC/DC單元包括順次連接的第一整流濾波電流、功率因素矯正電路、PWM逆變電路、第二整流濾波電路。
6.根據權利要求5所述的UPS電源供應器，其特徵在於:還包括保護控制電路。
7.根據權利要求4所述的UPS電源供應器，其特徵在於:該DC/DC單元是降壓斬波器電路。
8.根據權利要求4所述的UPS電源供應器，其特徵在於:該單向壓差隔離單元是肖特基二極體。
【文檔編號】H02J7/00GK103872761SQ201410138542
【公開日】2014年6月18日 申請日期:2014年4月9日 優先權日:2014年4月9日
【發明者】吳進波, 吳貴俤, 張朝彪, 吳小波 申請人:廈門瑪司特電子工業有限公司