單級在線式不間斷電源的製作方法
2023-10-07 04:46:59 1
專利名稱：單級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電源，具體地說，是涉及一種應用於供電系統中的單級在線式不間斷電源。
背景技術：
現有技術中，由於開關電源具有高效、輕量、小體積及工作範圍較寬等優點，被廣泛應用於通信、消防應急、軍用設備等領域，然而，現在很多領域對電源提出了更高的要求，需要電源具有不間斷供電的功能，以保證在電網出現故障 時數據的正常傳輸備份和應急使用。為了實現電源的不間斷供電功能，市場上出現了多種工作模式的不間斷電源，現有的技術方案大體分為以下三種類型第一類，如圖I所示，這類電源由於是單級工作所以其效率較高，但是其電路複雜，若要實現在線式工作則所需的成本過高，由於是獨立反饋迴路，在切換時會產生電壓波動，而產生波動則會影響負載設備的正常運行，甚至對負載設備造成損壞。第二類，如圖2所示，此方案可以很方便的實現在線式工作，切換時可以實現零電壓波動，但是由於其電路複雜，且第一電源工作時是兩級轉換，因而效率較低，而電路要實現在線式工作，必須兩路同時工作，所產生的EMI較複雜，對人體以及周邊的設備損害較大。第三類，如圖3所示，此方案可以很方便的實現在線式工作，切換時可以實現零電壓波動，但是由於該電路複雜，且第二電源工作時是兩級轉換，因而效率較低，而電路要實現在線式工作，必須兩路同時工作，產生的EMI較複雜，因而增加了設計難度和研發周期。
實用新型內容本實用新型的目的在於提供單級在線式不間斷電源，解決現有技術中存在的不間斷電源切換時效率低、會產生電壓波動、且工作時會產生較為複雜的EMI的問題，在保證不間斷供電的前提下，實現切換電源時無電壓波動，且在運行時產生EMI相對較單純。為了實現上述目的，本實用新型採用的技術方案如下單級在線式不間斷電源，包括設置有第一繞阻、第二繞阻及輸出繞阻的變壓器，與第一繞阻的輸入端相連的第一電源，通過第一開關管與第一繞阻的輸出端相連的驅動晶片，連接於驅動晶片和第二繞阻間的第二開關管，與第二繞阻的輸入端相連的第二電源。進一步地，所述驅動晶片的輸入端連接有反饋網絡。具體地說，所述第一開關管與第二開關管同頻同相。為了實現上述技術方案，本實用新型主要提供了以下三種基於上述電路框圖的電路方案方案一單級在線式不間斷電源，包括變壓器Tl，均與變壓器Tl的輸入端相連的電源輸入端Pl及電源輸入端P2，通過開關管Vl及開關管V2與變壓器Tl相連的驅動晶片IC1，與驅動晶片ICl的輸入端相連的反饋網絡Al。進一步地，所述變壓器Tl的輸出端還連接有整流二極體D3，整流二極體D3的輸出端還連接有濾波電容Cl。方案二單級在線式不間斷電源，包括變壓器Tl，均與變壓器Tl的輸入端相連的電源輸入端Pl及電源輸入端P2，通過開關管Vl及開關管V2與變壓器Tl相連的驅動晶片IC1，與驅動晶片ICl的輸入端相連的反饋網絡Al。進一步地，所述變壓器Tl的輸出端還連接有整流二極體D3，整流二極體D3的輸出端還連接有濾波電容Cl。更進一步地，還包括連接於整流二極體D3的輸出端與濾波電容Cl的輸入端間的電感L，及一端連接於整流二極體D3與電感L之間，另一端連接於濾波電容Cl的輸出端的整流二極體D4。方案三單級在線式不間斷電源，包括變壓器Tl，均與變壓器Tl相連的電源Pl和電源P2，通過開關管Vl和開關管V2與電源Pl相連的隔離驅動T2，分別與隔離驅動T2相連的驅動晶片ICl、開關管V3和開關管V4，且驅動晶片ICl的輸入端連接有隔離反饋Al，開關管VI、開關管V2、開關管V3、開關管V4均與變壓器Tl相連。進一步地，所述電源Pl的正極與負極間連接有相互串聯的濾波電容Cl和濾波電容C2，電源P2的正極與負極間連接有濾波電容C3。更進一步地，所述變壓器Tl的輸出端分別連接有整流二極體Dl和整流二極體D2，整流二極體Dl與整流二極體D2的輸出端連接有電感LI，電感LI的輸出端連接有濾波電容C5。與現有技術相比，本實用新型具有以下有益效果(I)本實用新型通過簡單的電路實現了單級在線不間斷電源的單級變換，實現成本低，由於是單級供電所以工作效率也很高。(2)在本實用新型中，使用同一反饋網絡與驅動晶片，這種反饋電路的設置使得在電源切換時不會產生電壓波動。(3)本實用新型中，由於兩路開關器件是同頻同相工作，因此在工作時不會產生複雜的EMI，降低了 EMI濾波電路的成本，同時也縮短了研發周期。(4)在本實用新型中，兩路電源中的任何一路出現故障時都會由另一路電源提供負載所需的電能，並且可以很方便的實現單級在線工作的不間斷工作，大大提高了使用時的可靠性。(5)本實用新型性價比高，易於設計，非常適合大規模推廣應用。
圖I為現有的電路框圖一。圖2為現有的電路框圖二。圖3為現有的電路框圖三。[0033]圖4為本實用新型-實施例的電路框圖。圖5為本實用新型-實施例的電路原理圖一。圖6為本實用新型-實施例的電路原理圖二。圖7為本實用新型-實施例的電路原理圖三。
具體實施方式
以下結合附圖和實施例對本實用新型作進一步說明，本實用新型的實施方式包括但不限於下列實施例。實施例如圖4所示，單級在線式不間斷電源，包括設置有第一繞阻、第二繞阻及輸出繞阻的變壓器，與第一繞阻的輸入端相連的第一電源，通過第一開關管與第一繞阻的輸出端相連的驅動晶片，連接於驅動晶片和第二繞阻間的第二開關管，與第二繞阻的輸入端相連的第二電源。進一步地，所述驅動晶片的輸入端連接有反饋網絡。具體地說，所述第一開關管與第二開關管同頻同相。基於上述電路框圖，實現該單級在線式不間斷電源的電路原理圖包括但不限於以下幾種。如圖5、6所示，單級在線式不間斷電源，包括變壓器Tl，均與變壓器Tl的輸入端相連的電源輸入端Pl及電源輸入端P2，通過開關管Vl及開關管V2與變壓器Tl相連的驅動晶片ICl，與驅動晶片ICl的輸入端相連的反饋網絡Al。進一步地，所述變壓器Tl的輸出端還連接有整流二極體D3，整流二極體D3的輸出端還連接有濾波電容Cl。此時構成了如圖5所示的反激拓撲電路。更進一步地，還包括連接於整流二極體D3的輸出端與濾波電容Cl的輸入端間的電感L，及一端連接於整流二極體D3與電感L之間，另一端連接於濾波電容Cl的輸出端的整流二極體D4。此時構成了如圖6所示的正激拓撲電路。如圖7所示，單級在線式不間斷電源，包括變壓器Tl，均與變壓器Tl相連的電源Pl和電源P2，通過開關管Vl和開關管V2與電源Pl相連的隔離驅動T2，分別與隔離驅動T2相連的驅動晶片ICl、開關管V3和開關管V4，且驅動晶片ICl的輸入端連接有隔離反饋Al，開關管VI、開關管V2、開關管V3、開關管V4均與變壓器Tl相連。進一步地，所述電源Pl的正極與負極間連接有相互串聯的濾波電容Cl和濾波電容C2，電源P2的正極與負極間連接有濾波電容C3。更進一步地，所述變壓器Tl的輸出端分別連接有整流二極體Dl和整流二極體D2，整流二極體Dl與整流二極體D2的輸出端連接有電感LI，電感LI的輸出端連接有濾波電容C5。此時構成了如圖7所示的半橋+推挽的輸入隔離電路。我們以圖5的反激拓撲電路來做具體說明，圖中ICl為驅動晶片，VI、V2分別為兩路獨立電源的開關管，Tl是主變壓器，Al是反饋網絡，D3是輸出整流二極體，Cl是輸出濾波電容器，PU P2是兩路獨立的電源輸入端，GND是兩路輸入電源電流的回流端，為了更直觀的說明本電路的工作原理，我們將開關管VI、開關管V2的體二極體用Dl和D2單獨畫出。在本電路中，開關管Vl和開關管V2被驅動晶片ICl驅動，他們的導通和截止完全是同步的，本電路的工作過程如下第一種情況在假設變壓器兩個初級線圈的匝數比是1:1，開關管Vl和開關管V2的參數完全一致，電源輸入端Pl和電源輸入端P2的輸入電壓完全相同的情況下，在理想狀態下同時驅動開關管Vl和開關管V2導通，由於電源輸入端Pl和電源輸入端P2的電壓相等，所以開關管Vl流過的電流始終和開關管V2流過的電流相等，該狀態為臨界狀態，此時兩路電源共同為輸出負載提供電流。第二種情況，在假設變壓器兩個初級線圈的匝數比是1:1，開關管Vl和開關管V2的參數完全一致，當電源輸入端Pl的電壓高於電源輸入端P2的電壓的情況下，開關管Vl會分擔全部的工作電流，由於開關管Vl和開關管V2驅動的是同一變壓器，所以此時開關管V2上會存在反向的電動勢通過體二極體D2向電源輸入端P2反饋電，但是，由於多數交流電源的輸入整流迴路的存在所以很巧妙的避免的這種情況的出現。這時電源輸入端P2是不向輸出負載提供任何電流的。第三種情況，在假設變壓器兩個初級線圈的匝數比是1:1，開關管Vl和開關管V2·的參數完全一致，當電源輸入端P2的電壓高於電源輸入端Pl的電壓的情況下，開關管V2會分擔全部的工作電流，由於開關管Vl和開關管V2驅動的是同一變壓器，所以此時開關管Vl上會存在反向的電動勢通過體二極體Dl向電源輸入端Pl反饋電，但是，由於多數交流電源的輸入整流迴路的存在所以很巧妙的避免的這種情況的出現。這時電源輸入端Pl是不向輸出負載提供任何電流的。由此可知，當兩路電源中的任何一路出現故障時都會由另一路電源提供負載所需的電能，並且可以很方便的實現單級在線工作的不間斷工作。根據圖6、圖7可知該工作方式可以適應絕大部分開關電源拓撲形式，同時也可以方便的實現兩路輸入的隔離，以應對不同的應用場合。以上幾種電路應用還可以有不同的變形，只要保證變壓器的激勵方式相同，比如全橋加推挽、全橋加半橋等。該方法可以用於不同的輸入電壓，以及隔離與非隔離應用場合。用戶可根據實際應用場合加以靈活的組合變形。由於該方案可以實現在線式電源的不間斷單級轉換，其優點顯著應用前景廣闊。
權利要求1.單級在線式不間斷電源，其特徵在於，包括變壓器Tl，均與變壓器Tl的輸入端相連的電源輸入端Pl及電源輸入端P2，通過開關管Vl及開關管V2與變壓器Tl相連的驅動晶片IC1，與驅動晶片ICl的輸入端相連的反饋網絡Al。
2.根據權利要求I所述的單級在線式不間斷電源，其特徵在於，所述變壓器Tl的輸出端還連接有整流二極體D3，整流二極體D3的輸出端還連接有濾波電容Cl。
3.根據權利要求2所述的單級在線式不間斷電源，其特徵在於，還包括連接於整流二極體D3的輸出端與濾波電容Cl的輸入端間的電感L，及一端連接於整流二極體D3與電感L之間，另一端連接於濾波電容Cl的輸出端的整流二極體D4。
4.單級在線式不間斷電源，包括變壓器Tl，均與變壓器Tl相連的電源Pl和電源P2，通過開關管Vl和開關管V2與電源Pl相連的隔離驅動T2，分別與隔離驅動T2相連的驅動晶片ICl、開關管V3和開關管V4，且驅動晶片ICl的輸入端連接有隔離反饋Al，開關管VI、開關管V2、開關管V3、開關管V4均與變壓器Tl相連。
5.根據權利要求4所述的單級在線式不間斷電源，其特徵在於，所述電源Pl的正極與負極間連接有相互串聯的濾波電容Cl和濾波電容C2，電源P2的正極與負極間連接有濾波電容C3。
6.根據權利要求5所述的單級在線式不間斷電源，其特徵在於，所述變壓器Tl的輸出端分別連接有整流二極體Dl和整流二極體D2，整流二極體Dl與整流二極體D2的輸出端連接有電感LI，電感LI的輸出端連接有濾波電容C5。
專利摘要本實用新型公開了一種單級在線式不間斷電源，主要解決了現有技術中存在的不間斷電源轉換效率低、電路複雜、會產生電壓波動、且工作時會產生較為複雜的EMI的問題。單級在線式不間斷電源，包括變壓器T1，均與變壓器T1的輸入端相連的電源輸入端P1及電源輸入端P2，通過開關管V1及開關管V2與變壓器T1相連的驅動晶片IC1，與驅動晶片IC1的輸入端相連的反饋網絡A1。本實用新型可以通過簡單的電路實現在線式電源的不間斷單級轉換，優點顯著，應用前景廣闊。
文檔編號H02J9/04GK202535141SQ20122016532
公開日2012年11月14日 申請日期2012年4月18日 優先權日2012年4月18日
發明者鄒侃 申請人:鄒侃