一種高頻在線式不間斷電源的製作方法
2023-10-07 04:53:34 1
專利名稱：一種高頻在線式不間斷電源的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種用於提供不間斷電源的電路，尤其涉及一種 用於提供在線式不間斷高頻正弦波交流電電源的電路。
背景技術：
UPS是不斷電系統(Uninterruptible Power Supply )的簡稱，就 是當停電時能夠緊急取代市電，供應電力給設備，就如同緊急照明設 備一樣。但不斷電系統的設計更精密，能使市電與電池或變流器之轉 換時間更短，彌補發電機或其它緊急電源中斷時間過長之缺點，不斷 電系統並不是停電時才會動作，如遇到電壓下陷、尖波、電壓突波、 噪聲幹擾、高(低)電壓瞬時，足以影響設備正常運轉的電力質量問 題時，不斷電系統均會自動穩壓濾除噪聲，提供給設備穩定且乾淨的 電源環境。由於UPS功能及價格較其它緊急電源供應設備高，故一般 均用於保護重要設備，例如計算機設備、監控儀器、消防設備、醫療 儀器...等，以滿足計算機及各種精密儀器對電力質量之嚴格要求。目 前UPS已被各高科技產業，計算機界認定為真正能徹底解決電源問題 之必要設備。
目前的高頻在線式UPS普遍採用的是雙轉換技術。市電正常時， 將輸入的交流電通過升壓整流電路轉換為穩定的正、負極性的直流電， 將該直流電分別輸出到其內部的正負直流母線上，同時存入正負直流 母線的儲能電容中；UPS的輸出逆變器再將直流母線上的正負極性直 流轉換為標準穩定的正弦波交流電輸出。市電異常或供電中斷時，將 電池的電能通過電池變換器也轉換到直流母線上，UPS的輸出逆變器 再將直流母線上的正負極性直流轉換為穩定的正弦波交流電輸出。這兩次能量轉換的橋梁就是直流母線，為保證市電輸入故障時
UPS輸出不間斷，就必須保持直流母線電壓儘可能穩定。然而，從市 電故障發生到UPS內部微處理器確認並啟動電池變換器工作，最長需 要約10毫秒時間。在此期間，UPS持續輸出的能量就靠直流母線的儲 能電容所儲存的電場能來維持。因此在這種雙轉換UPS中，高壓大容 量的直流儲能母線電容必不可少，而該電容在UPS的功率器件中佔材 料成本約30%。以lkVA UPS為例，傳統電路所需最小母線電容的總容 量為 780uF，廠家在生產時考慮電容容量誤差，一般選用總容量為 940uF。顯然，如此大容量的高壓電容造價成本太高，而且電路結構復 雜。
實用新型內容
基於現有技術的不足，本實用新型所要解決的問題是提供一種電 路結構更簡單、成本更低的高頻在線式不間斷電源。
為解決上述問題，本實用新型提供一種高頻在線式不間斷電源，其 包括蓄電池、市電輸入接口，其還包括
交流整流調壓電路模塊，用於將幅度不穩定的輸入市電轉換為有 效值恆定的第一單向脈沖正弦波交流電，並傳送給同步開關；
電池變換電路模塊，用於將所述蓄電池產生的直流電轉換為與所 述第一單向脈衝正弦波交流電同步的第二單向脈沖正弦波交流電，並 傳送給同步開關，所述第二單向脈衝正弦波交流電的電壓有效值小於 第 一單向脈衝正弦波交流電的電壓有效值；
同步開關，用於當市電輸入正常時將所述第一單向脈衝正弦波交 流電轉換為標準穩定的正弦波交流電輸出，當市電輸入故障時將所述 第二單向脈衝正弦波交流電轉換為標準穩定的正弦波交流電輸出。
作為本實用新型的一個優選實施例，所述同步開關中設有開關器 件，其每秒鐘切換的次數為輸出的標準穩定的正弦波頻率的兩倍。作為本實用新型的一個優選實施例，所迷第一單向脈沖正弦波交 流電和第二單向脈衝正弦波交流電的頻率與市電輸入交流電的頻率相同。
作為本實用新型的 一 個優選實施例，所述第二單向脈沖正弦波交 流電的電壓有效值與第一單向脈衝正弦波交流電的電壓有效值的差值
在10伏特的範圍內
與現有技術相比較，本實用新型中的同步開關僅僅完成一次整流 的反變換，不需要造價昂貴的儲能電感和平波電容，因此電路筒單，而 且不會產生電磁千擾，同步開關電路的開關器件可選用低壓低速的價
廉器件即可實現；在市電正常時，電池變換電路輸出的第二單向脈衝 正弦波電壓有效值略低於第一單向脈沖正弦波的電壓有效值，從而受 到抑制，沒有實際功率輸出，所以並不損耗蓄電池電量，而一旦市電 故障而導致交流整流調壓電路輸出幅度低或無輸出時，電池變換電路 輸出的第二單向脈沖正弦波就不再受到抑制，能無中斷地繼續輸出。 這並不需要微處理器確認並再啟動電池變換電路而造成的輸入能量傳 輸中斷大約10毫秒的時間，所以就無需高壓大容量電容儲能來維持該 時間段的輸出，從而省去了這個使用壽命相對較短且造價昂貴的電容， 提高了不間斷電源整機的壽命和可靠性，大大降低了成本。
圖1為一種傳統的高頻在線式不間斷電源的系統結構示意圖。
圖2為本實用新型一種高頻在線式不間斷電源的系統結構示意圖。
具體實施方式
附圖1為一種傳統的高頻在線式不間斷電源的系統結構示意圖。 市電輸入正常時，市電輸入的交流電通過升壓整流電路1轉為穩、定的 直流電，將該直流電分別輸出到其內部的正負直流母線上，並存入正負
5直流母線的儲能電容Cl和C2中；市電異常或供電中斷時，蓄電池4 的電能通過電池變換器2也轉換到直流母線上。為獲得交流輸出，UPS 的輸出逆變器3將直流母線上的正負極性直流轉換為穩定的正弦波交
it電#r出。
從市電故障發生到UPS內部微處理器啟動電池變換器2工作，最 長需要約10毫秒時間。在此期間，UPS持續輸出的能量就靠直流母線 的儲能電容Cl和C2所儲存的電場能來維持。因此在這種雙轉換UPS 中，高壓大容量的直流儲能母線電容必不可少。
圖2為本實用新型 一種高頻在線式不間斷電源的系統結構示意圖。 本實用新型提供一種高頻在線式不間斷電源，其包括蓄電池4、市電輸 入接口 5，其還包括
交流整流調壓電路模塊6，用於將幅度不穩定的輸入市電轉換為有 效值恆定的第一單向脈衝正弦波交流電(U = IASin(cot) I )，並傳 送給同步開關8;
電池變換電路模塊7，用於將所述蓄電池4產生的直流電轉換為 與所述第一單向脈衝正弦波交流電同步的第二單向脈衝正弦波交流 電，並傳送給同步開關8，所述第二單向脈衝正弦波交流電的電壓有 效值略小於第一單向脈衝正弦波交流電的電壓有效值，差值在10伏特 的範圍內；另外，第一單向脈衝正弦波交流電和第二單向脈沖正弦波 交流電的頻率與市電輸入交流電的頻率相同。
同步開關8，用於當市電輸入正常時將所述第一單向脈衝正弦波 交流電轉換為標準穩定的正弦波交流電輸出，當市電輸入故障時將所 述第二單向脈衝正弦波交流電轉換為標準穩定的正弦波交流電輸出。
交流整流調壓電路模塊6將幅度不穩的輸入市電轉換為有效值恆 定的單向脈衝正弦波，也即該電路不但完成對市電的整流，而且當輸 入市電壓偏離額定輸出電壓時該電路還會調整其輸出幅度，實現有效 值輸出恆定；對應傳統高頻在線式不間斷電源的升壓整流電路1，第
6一單向脈衝正弦波交流電和第二單向脈衝正弦波交流電與升壓整流電
路1輸出的電源有以下不同
1 )波形不同交流整流調壓電路模塊和電池變換電路模塊輸出的 是單向脈衝正弦波，而傳統電路輸出的是平直直流。
2) 幅度不同交流整流調壓電路模塊和電池變換電路模塊輸出有 效值為接近不間斷電源額定輸出的有效值，例如對於輸出交流220V的 系統，此處輸出的有效值接近220V,而傳統的升壓整流電路1輸出的 有效值是350V。
3) 輸出的通路數不同交流整流調壓電路模塊輸出的輸出僅有一 路，而傳統電路輸出有兩路，分別是正電壓直輸出和負電壓直流輸出。
同步開關8將單向脈衝正弦波轉換為正弦波功率輸出，對應傳統 高頻在線式不間斷電源的輸出逆變電路3,兩者有以下不同
1) 性質不同同步開關電路僅僅完成一次整流的反變換，因此電 路簡單，不需要造價昂貴的儲能電感和平波電容，不產生電磁幹擾；而 傳統電路的輸出逆變電路要將平直的直流轉換為交流，因此電路複雜， 必需儲能電感和平波電容，容易產生電磁輻射。
2) 工作電壓不同同步開關電路的開關器件僅承受輸出額定有效 值電壓1. 4倍的峰值電壓，例如220V系統，開關器件承受的峰值電壓 僅310V左右；而傳統電路的輸出逆變電路要承受正負直流母線的疊加 電壓，同樣220V輸出的系統，傳統電路輸出逆變電路的開關器件要承 受700V的高壓。
3) 工作頻率不同同步開關電路的開關器件每秒鐘切換的次數僅 為輸出頻率的2倍，例如對於50Hz的系統，每秒僅需切換100次；而 傳統電路的輸出逆變電路的開關器件每秒鐘要開關2 0000次以上。
綜合以上三點，同步開關電路的開關器件可選用低壓低速的價廉 器件即可實現，而傳統電路的輸出逆變電路的開關器件必須用高壓高 速高價器件才能完成。在市電正常時，電池變換電路模塊輸出的單向脈衝正弦波電壓有 效值略低於交流整流調壓電路輸出的電壓有效值/人而受到抑制，沒有 實際功率輸出，所以並不損耗電池電量；而一旦市電故障而導致交流 整流調壓電路輸出幅度低或無輸出時，電池變換電路輸出的單向脈衝 正弦波交流電就不再受到抑制，能無中斷地繼續輸出。這並不需要孩史 處理器確認並再啟動電池變換器而造成的輸入能量傳輸中斷大約10 毫秒時間，所以就無需高壓大容量電解電容儲能來維持該時間段的輸
了不間斷電源整機的壽命和可靠性，大大降低了成本。而傳統的電路 在市電正常時關閉了電池變換電路， 一旦市電異常還需要微處理器確 認，待處理器確;人後才啟動電池變換電路，在此中間直流母線無電能 補充，只能靠母線電容的儲能維持，所以就必需造價昂貴且壽命僅 2 000小時左右的高壓大容量電解電容。
以上所揭露的僅為本實用新型的較佳實施例而已，當然不能以此 來限定本實用新型之權利範圍，因此依本實用新型申請專利範圍所作 的等同變化，仍屬本實用新型所涵蓋的範圍。
權利要求1、一種高頻在線式不間斷電源，其包括蓄電池、市電輸入接口，其特徵在於，其還包括交流整流調壓電路模塊，用於將幅度不穩定的輸入市電轉換為有效值恆定的第一單向脈衝正弦波交流電，並傳送給同步開關；電池變換電路模塊，用於將所述蓄電池產生的直流電轉換為與所述第一單向脈衝正弦波交流電同步的第二單向脈衝正弦波交流電，並傳送給同步開關，所述第二單向脈衝正弦波交流電的電壓有效值小於第一單向脈衝正弦波交流電的電壓有效值；同步開關，用於當市電輸入正常時將所述第一單向脈衝正弦波交流電轉換為標準穩定的正弦波交流電輸出，當市電輸入故障時將所述第二單向脈衝正弦波交流電轉換為標準穩定的正弦波交流電輸出。
2、 如權利要求1所述的一種高頻在線式不間斷電源，其特徵在於所 述同步開關中設有開關器件，其每秒鐘切換的次數為輸出的標準穩定 的正弦波頻率的兩倍。
3、 如權利要求2所述的一種高頻在線式不間斷電源，其特徵在於所 述第 一 單向脈衝正弦波交流電和第二單向衝正弦波交流電的頻率與市電4lT入交流電的頻率相同。
4、 如權利要求3所述的一種高頻在線式不間斷電源，其特徵在於所 述第二單向脈沖正弦波交流電的電壓有效值與第一單向脈沖正弦波交流電的電壓有效值的差值在10伏特的範圍內。
專利摘要本實用新型涉及一種高頻在線式不間斷電源，其包括蓄電池、市電輸入接口，還包括交流整流調壓電路模塊，用於將輸入市電轉換為有效值恆定的第一單向脈衝正弦波交流電；電池變換電路模塊，用於將蓄電池產生的直流電轉換為與第一單向脈衝正弦波交流電同步的第二單向脈衝正弦波交流電，第二單向脈衝正弦波交流電的電壓有效值小於第一單向脈衝正弦波交流電的電壓有效值；同步開關，用於當市電輸入正常時將第一單向脈衝正弦波交流電轉換為標準穩定的正弦波交流電輸出，當市電輸入故障時將第二單向脈衝正弦波交流電轉換為標準穩定的正弦波交流電輸出。本實用新型的高頻在線式不間斷電源系統結構更簡單、成本更低。
文檔編號H02J7/00GK201417959SQ20092005212
公開日2010年3月3日 申請日期2009年3月6日 優先權日2009年3月6日
發明者羅剩勇, 韓春雷 申請人:韓春雷;羅剩勇