不間斷電源系統市電恢復自啟動裝置的製作方法
2023-05-28 23:32:21 1
專利名稱：不間斷電源系統市電恢復自啟動裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及交流不間斷電源系統，尤其涉及一種用於市電恢復正常時不間斷電源系統(UPS，Uninterruptible Power System)自啟動的系統。
背景技術：
在計算機網絡及電信網絡迅猛發展的推動下，對智能型的UPS的需求也迅速增加。當UPS在運行過程中因市電輸送出現故障或因其他原因中斷時，UPS的蓄電池組立即承擔起向逆變器供電的工作，隨著工作時間的延長，蓄電池組的端電壓將逐漸下降，當該端電壓下降到電池電壓過低閥值時，為防止蓄電池組因過度放電而損壞，UPS將通過電池電壓過低保護電路將逆變器置於關機狀態。為降低人力資源成本，UPS電源在自保護關機後一旦市電恢復應能重新自啟動，而不需要人為的操作。
目前常用的自啟動裝置，主要用於電機的自啟動，通過大量的繼電器和單穩態觸發器對功率迴路進行控制，電路複雜，體積大，且主要用於電機的自啟動，電機啟動採用的是交流接觸器，而UPS需要直流蓄電池組或將交流電源整流處理後和電池並聯一起作為輔助電源的備份供電單元，故現有技術中的自啟動裝置不適用於UPS。
發明內容
本發明的目的是克服現有技術中存在的自啟動裝置電路複雜、體積大、且不適合UPS自啟動的缺點，提供一種自啟動裝置，使得UPS因市電不正常在電池工作模式下放電過低自保護關機後遇到市電恢復能自啟動。
為實現上述目的，本發明構造了一種不間斷電源系統市電恢復自啟動裝置，包括輔助電源控制單元、UPS控制單元、電池供電單元，其特徵在於，還包括市電恢復檢測單元、啟動單元，所述電池供電單元在UPS電池工作模式下向所述啟動單元和所述輔助電源控制單元供電，所述輔助電源控制單元建立穩定的輔助電源和回饋電源，並將回饋電源回送至所述啟動單元，所述UPS控制單元通過所述輔助電源控制單元控制整個UPS；UPS因所述電池供電單元電壓下降自保護關機後，一旦市電恢復，所述市電恢復檢測單元接收市電恢復信號，並通過光耦隔離將其轉換成低壓方波信號，輸入所述啟動單元；所述啟動單元接收該市電恢復低壓方波信號，並將其轉換成一瞬間脈衝信號輸入所述輔助電源控制單元，建立輔助電源。
本發明利用UPS在電池工作模式下放電過低自保護關機後，啟動單元的上電閉合面板開關一直閉合，電池電壓仍然加在啟動單元主迴路上的有利條件，同時解決原啟動迴路由於其中電容的電壓充滿而不能導通的問題，當市電恢復時，通過另一個迴路建立起UPS的輔助電源，以簡單的電路組合實現了UPS市電恢復後的自啟動，從而克服了現有技術中存在的自啟動裝置電路複雜、且不適合UPS自啟動的缺點。
圖1是本發明所述UPS市電恢復自啟動裝置結構圖。
圖2是本發明所述UPS市電恢復自啟動裝置電路圖。
具體實施例方式
下面結合附圖對本發明做進一步的說明。
圖1是本發明所述UPS市電恢復自啟動裝置結構圖，所述UPS市電恢復自啟動裝置，包括輔助電源控制單元103、UPS控制單元104、電池供電單元105，其特徵在於，還包括市電恢復檢測單元101、啟動單元102，所述電池供電單元105在UPS電池工作模式下向所述啟動單元102和所述輔助電源控制單元103供電，所述輔助電源控制單元103建立穩定的輔助電源和回饋電源，並將回饋電源回送至所述啟動單元102，所述UPS控制單元104通過所述輔助電源控制單元103控制整個UPS；UPS電源因所述電池供電單元105電壓下降自保護關機後，一旦市電恢復，所述市電恢復檢測單元101接收市電恢復信號，並通過光耦隔離將其轉換成低壓方波信號，輸入所述啟動單元102；所述啟動單元102接收該市電恢復低壓方波信號，並將其轉換成一瞬間脈衝信號輸入所述輔助電源控制單元103，建立輔助電源。
UPS在市電不正常時採用電池工作模式，電池供電單元105放電過低自保護關機後，啟動單元102中的上電閉合面板開關一直閉合，電池電壓還加在啟動單元102的主迴路上，本發明同時解決了原啟動迴路由於其中電容的電壓充滿而不能導通的問題，經另一條通路建立起UPS輔助電源，UPS根據UPS控制單元104關機前的存儲信息重新開始工作。
圖2是本發明所述UPS市電恢復自啟動裝置電路圖。當市電不正常時，UPS處於電池工作模式下，電池供電單元105通過啟動單元102向輔助電源控制單元103供電，所述啟動單元102包括上電閉合面板開關S1、電阻R4、電阻RS、電阻R6、電阻R7、電阻R8、電阻R9、電阻R10、電阻R11、電阻R12、電阻R13、電阻R14、電容C2、電容C3、二極體VD2、二極體VD3、二極體VD4、NPN型三極體VT1和PNP型三極體VT2，所述上電閉合面板開關S1一端接所述電池供電單元105，另一端接所述電阻R4和所述電阻R8，所述電阻R8的另一端與所述電阻R13的一端相連，所述電阻R13的另一端同時連接所述電阻R9、所述電阻R14和所述三極體VT2的發射極，並通過二極體VD6的陰極與所述輔助電源控制單元103的回饋電源相連，所述電阻R14的另一端接地，所述電阻R9的另一端連接所述三極體VT2的基極，並通過所述電阻R11與所述三極體VT1的集電極連接，所述三極體VT2的集電極連接所述輔助電源控制單元103，所述電阻R10和所述電阻R12串聯，所述電阻R10的另一端通過所述二極體VD5與所述輔助電源控制單元103連接；所述電阻R4與所述光耦D1、所述電阻RS的一端連接，並通過所述電容C1、所述二極體VD2連接所述三極體VT1的基極，所述二極體VD2同時連接電阻R6，所述電阻R5、所述電阻R6、所述電阻R12和所述三極體VT1的發射極並聯接地；所述光耦D1還通過所述電容C2、所述二極體VD3連接所述三極體VT1的基極，所述電阻R7一端連接所述電容C2，另一端連接所述二極體VD3的陽極並接地，所述二極體VD3的陰極連接所述電容C2的另一極板。
電池供電單元105通過啟動單元102向輔助電源控制單元103供電的路徑有兩個，一路通過電阻R4、電容C1、二極體VD2給三極體VT1的基極一脈衝信號，三極體VT1導通，從而使得三極體VT2也導通，建立起輔助電源，同時，通過自繞組產生回饋電源106，另一路在輔助電源建立起來並正常工作後通過電阻R10把回饋電源電壓加到三極體VT2的E極。當電容C1充電完成時，電池供電單元105不能再通過原啟動迴路向啟動單元102供電，而由回饋電源106代替它通過電阻R10和二極體VD5給啟動單元102供電，使得輔助電源控制單元103獲得供電。其中，電阻R4、電阻R5、電阻R6和電容C1的選擇要滿足三極體VT1工作電壓範圍的要求，電阻R5、電阻R6為電容C1的放電迴路電阻，電阻R4、電阻R5、電阻R6的取值根據UPS蓄電池的電壓來選取，如果用R表示電阻R5、R6的並聯阻值，即R=R5R6R5R6,]]>Vbat表示電池電壓，則有RR+R4Vbat(1+0.7)V,]]>電容C1取值為47uF到200uF，因此，若選擇電池電壓為274VDC，則可取電阻R4＝240k，電阻R5＝4.7k，電阻R6＝22k，電解電容C1＝100uF/35V，即C1的容量取100uF，額定電壓為35V；同樣，電阻R8、電阻R13和電阻R14的選擇要滿足三極體VT2工作電壓範圍的要求，即有R14R8+R13+R14Vbat18V,]]>因此，實際操作中可取電阻R8＝24k，電阻R13＝10k，電阻R14＝8.2k；電阻R7、電容C2的選擇也要滿足VT1工作電壓範圍的要求，設R0為三個電阻R7、R5、R6並聯後的阻值，Vbat表示電池電壓，則有R0R0+R4Vbat(1+0.7)V,]]>電容C2取值為47uF到200uF，實踐中，取電阻R7＝68k，電解電容C2＝100uF/35V，即C2的容量取100uF，額定電壓為35V。
隨著UPS蓄電池組工作時間的延長，蓄電池組的端電壓將逐漸下降，當該端電壓下降到電池電壓過低閥值時，為防止蓄電池組因過度放電而損壞，UPS將通過電池電壓過低保護電路自動關機，在UPS控制單元104向輔助電源控制單元103發出自保護關機信號後，輔助電源關斷脈衝而將整個UPS電源系統關閉，關機後啟動單元102中的上電閉合面板開關S1仍然閉合，但由於電容C1已在關機前充電完成，且其兩極板間電壓不能隨著UPS關機而下降，當市電恢復時，電源不能再通過原啟動路徑經啟動單元102向輔助電源控制單元103供電。此時，市電正半波電壓使得市電恢復檢測單元101的光耦D1導通，通過電阻R4、光耦D1、電容C2、二極體VD3給三極體VT1的基極一脈衝信號，從而使得輔助電源控制單元103獲得電源供電，系統重新啟動。所述市電恢復檢測單元101除包括光耦D1外還包括電阻R1、電阻R2、電阻R3和二極體VD1，所述電阻R1、電阻R2、電阻R3依次串聯，所述電阻R1的另一端接電源，所述電阻R3的另一端接所述二極體VD1的陰極，所述二極體VD1的陽極接地，所述光耦D1原邊發光二極體的陽極和陰極分別接所述二極體VD1的陰極和陽極。電阻R1、電阻R2和電阻R3的選擇要滿足光耦D1的工作電流範圍的要求，若用Uin表示最低市電輸入工作電壓，則有UinR1+R2+R31mA,]]>實際操作中，取電阻R1＝51k，電阻R2＝51k，電阻R3＝51k，二極體VD1為防接反二極體。
本發明所述UPS市電恢復自啟動裝置通過1個光耦，4個二極體、2個電容、2個三極體及若干電阻的組合，不僅實現了市電恢復自啟動功能，還實現了關機控制等功能，控制電路簡單，功能齊全。
權利要求
1.一種不間斷電源系統市電恢復自啟動裝置，包括輔助電源控制單元(103)、UPS控制單元(104)、電池供電單元(105)，其特徵在於，還包括市電恢復檢測單元(101)、啟動單元(102)，所述電池供電單元(105)在UPS電池工作模式下向所述啟動單元(102)和所述輔助電源控制單元(103)供電，所述輔助電源控制單元(103)建立穩定的輔助電源和回饋電源，並將回饋電源回送至所述啟動單元(102)，所述UPS控制單元(104)通過所述輔助電源控制單元(103)控制整個UPS；UPS電源因所述電池供電單元(105)電壓下降自保護關機後，一旦市電恢復，所述市電恢復檢測單元(101)接收市電恢復信號，並通過光耦隔離將其轉換成低壓方波信號，輸入所述啟動單元(102)；所述啟動單元(102)接收該市電恢復低壓方波信號，並將其轉換成一瞬間脈衝信號輸入所述輔助電源控制單元(103)，建立輔助電源。
2.根據權利要求1所述的不間斷電源系統市電恢復自啟動裝置，其特徵在於，所述市電恢復檢測單元(101)包括電阻R1、電阻R2、電阻R3、二極體VD1和光耦D1，所述電阻R1、電阻R2、電阻R3依次串聯，所述電阻R1的另一端接電源，所述電阻R3的另一端接所述二極體VD1的陰極，所述二極體VD1的陽極接地，所述光耦D1的原邊發光二極體陽極和陰極分別接所述二極體VD1的陰極和陽極。
3.根據權利要求2所述的不間斷電源系統市電恢復自啟動裝置，其特徵在於，電阻R1、電阻R2和電阻R3的選擇要滿足光耦D1的工作電流範圍的要求，即UinR1+R2+R31mA,]]>其中，Uin表示最低市電輸入工作電壓，所述二極體VD1為防接反二極體。
4.根據權利要求2所述的不間斷電源系統市電恢復自啟動裝置，其特徵在於，所述電阻R1＝51k所述電阻R2＝51k，所述電阻R3＝51k。
5.根據權利要求1所述的不間斷電源系統市電恢復自啟動裝置，其特徵在於，所述啟動單元(102)包括上電閉合面板開關S1、電阻R4、電阻R5、電阻R6、電阻R7、電阻R8、電阻R9、電阻R10、電阻R11、電阻R12、電阻R13、電阻R14、電容C2、電容C3、二極體VD2、二極體VD3、二極體VD4、三極體VT1和三極體VT2，所述上電閉合面板開關S1，一端接所述電池供電單元(105)，另一端接所述電阻R4和所述電阻R8，所述電阻R8的另一端與所述電阻R13的一端相連，所述電阻R13的另一端同時連接所述電阻R9、所述電阻R14和所述三極體VT2的發射極，並通過二極體VD6的陰極與所述輔助電源控制單元(103)的回饋電源相連，所述電阻R14的另一端接地，所述電阻R9的另一端連接所述三極體VT2的基極，並通過所述電阻R11與所述三極體VT1的集電極連接，所述三極體VT2的集電極連接所述輔助電源控制單元(103)，所述電阻R10和所述電阻R12串聯，所述電阻R10的另一端通過所述二極體VD5與所述輔助電源控制單元(103)連接；所述電阻R4與所述光耦D1原邊發光二極體、所述電阻R5的一端連接，並通過所述電容C1、所述二極體VD2連接所述三極體VT1的基極，所述二極體VD2同時連接電阻R6，所述電阻R5、所述電阻R6、所述電阻R12和所述三極體VT1的發射極並聯接地；所述光耦D1的原邊發光二極體還通過所述電容C2、所述二極體VD3連接所述三極體VT1的基極，所述電阻R7一端連接所述電容C2，另一端連接所述二極體VD3的陽極並接地，所述二極體VD3的陰極連接所述電容C2的另一極板。
6.根據權利要求5所述的不間斷電源系統市電恢復自啟動裝置，其特徵在於，所述三極體VT1為NPN型，所述三極體VT2為PNP型，所述電阻R4、電阻R5、電阻R6和電容C1的選擇要滿足所述三極體VT1工作電壓範圍的要求，即RR+R4Vbat0.7V,]]>其中，R表示電阻R5、R6的並聯阻值，即R=R5R6R5+R6,]]>Vbat為電池電壓，所述電容C1取值範圍為47uF～200uF；所述電阻R8、電阻R13和電阻R14的選擇要滿足所述三極體VT2工作電壓範圍的要求，即R14R8+R13+R14Vbat18V;]]>所述電容C2取值為47uF到200uF，所述電阻R7的選擇也要滿足所述三極體VT1工作電壓範圍的要求，即R0R0+R4Vbat(1+0.7)V,]]>其中，Vbat為電池電壓，電阻R0為所述電阻R7、電阻R5、電阻R6三個電阻並聯後的阻值。
7.根據權利要求6所述的不間斷電源系統市電恢復自啟動裝置，其特徵在於，所述電池電壓Vbat為274VDC，所述電阻R4＝240k，所述電阻R5＝4.7k，所述電阻R6＝22k，所述電容C1容量取100uF，額定電壓為35V；所述電阻R8＝24k，所述電阻R13＝10k，所述電阻R14＝8.2k；所述電阻R7＝68k，所述電容C2容量取100uF，額定電壓為35V。
全文摘要
本發明公開了交流不間斷電源系統領域的一種不間斷電源系統市電恢復自啟動裝置，包括市電恢復檢測單元(101)、啟動單元(102)、輔助電源控制單元(103)、UPS控制單元(104)、電池供電單元(105)，利用UPS在電池工作模式下放電過低自保護關機後，啟動單元(102)的上電閉合面板開關一直閉合的有利條件，同時解決原啟動迴路由於其中電容的電壓充滿而不能導通的問題，當市電恢復時，通過另一條迴路建立起UPS輔助電源，克服了現有技術中存在的自啟動裝置電路複雜、體積大且不適合UPS自啟動的缺點，以簡單的電路組合實現了UPS市電恢復後的自啟動。
文檔編號H02J9/00GK1567671SQ03132109
公開日2005年1月19日 申請日期2003年6月24日 優先權日2003年6月24日
發明者黎學偉 申請人:中興通訊股份有限公司