小型三相互動式ups電源的製作方法
2023-10-22 10:49:07 1
專利名稱：小型三相互動式ups電源的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及UPS電源，具體涉及小型三相互動式UPS電源。
背景技術：
目前的三相UPS電源大多屬於中大功率的大型在線式，在中小功率段具有電路複雜，成本高的缺陷；而中小功率的負載一般不需要很高的供電質量，反而需要有較好的可靠性和低的運行成本。
實用新型內容本實用新型所要解決的技術問題，就是提供一種適合應用於中小功率負載的小型三相互動式UPS電源，其具有較高的可靠性及較低的運行成本。 為解決上述技術問題，本實用新型採取的技術方案如下小型三相互動式UPS電源，包括市電輸入、濾波電路、切換電路、市電輸入採樣電路、市電輸出採樣電路、蓄電池組、電池採樣電路、逆變器和控制模塊，市電輸入一路依次經濾波電路、切換電路後輸出，市電輸入另一路依次經市電輸入採樣電路、控制模塊、逆變器後輸出；市電輸出採樣電路接入控制模塊；蓄電池組一路輸入逆變器，蓄電池組另一路經電池採樣電路後接入控制模塊，所述控制模塊根據市電輸入採樣電路、市電輸出採樣電路、電池採樣電路的採樣信號來控制切換電路接通或斷開市電，並控制逆變器，使蓄電池組的直流電經逆變器逆變輸出三相交流電後輸出至負載，其特徵在於所述控制模塊包括控制單元以及分別與控制單元連接的A/D轉換模塊、頻率捕捉模塊、PWM模塊和控制信號I/O 口，所述市電輸入採樣電路、市電輸出米樣電路、電池米樣電路的輸出端分別接入A/D轉換模塊的輸入端,所述市電輸入米樣電路、市電輸出採樣電路還分別接入頻率捕捉模塊，所述PWM模塊的輸出端接至逆變器的驅動信號輸入端，所述切換電路的控制端與控制信號I/O 口的相應埠相連；通過控制單元分析處理經A/D轉換模塊轉換輸入的市電各相輸入、輸出的電壓和相位以及蓄電池組的電壓，同時分析處理經頻率捕捉模塊捕捉輸入的市電輸入、輸出頻率；再由控制單元控制PWM模塊輸出逆變驅動信號驅動逆變器，將蓄電池組的直流電逆變輸出三相交流電，並控制切換電路接通或斷開市電。在上述基礎上，本實用新型可作如下改進本實用新型所述UPS電源還包括用於檢測逆變器溫度的溫度採樣電路，溫度採樣電路的輸出端接至A/D轉換模塊的相應輸入端。本實用新型所述UPS電源還包括用於防止浪湧電流的軟啟動電路，該軟啟動電路連接於蓄電池組和逆變器之間，並具有軟啟動控制端，連接於控制信號I/o 口的相應埠上。本實用新型所述軟啟動電路包括第一繼電器和電阻，所述第一繼電器的一個常開觸點串接在蓄電池組與逆變器之間的輸出迴路上，所述電阻並接於第一繼電器的常開觸點兩端；所述第一繼電器的控制端即為軟啟動控制端。[0010]本實用新型所述切換電路包括第二繼電器，該第二繼電器具有三個常開觸點，各個常開觸點分別串接於濾波電路和輸出負載之間的各相相線上；所述第二繼電器的控制端即為切換電路的控制端。本實用新型所述控制模塊為具有所述控制單元、A/D轉換模塊、頻率捕捉模塊、PWM模塊和控制信號I/o 口的單片機。本實用新型相比於現有技術的有益效果本實用新型通過繼電器切換控制簡單實現市電的接入和斷開，並由控制模塊接收各採樣信號控制輸出各驅動信號，具有簡單的電路結構，同時由較高的可靠性及較低的運行成本。
圖I是本實用新型UPS電源的連接示意框圖；圖2是本實用新型UPS電源的電路連接示意圖；圖3是本實用新型UPS電源中單片機的連接示意圖。
具體實施方式
如圖I所示的小型三相互動式UPS電源，包括市電輸入、濾波電路、切換電路、市電輸入採樣電路、市電輸出採樣電路、蓄電池組、電池採樣電路、逆變器和控制模塊，市電輸入一路依次經濾波電路、切換電路後輸出，市電輸入另一路依次經市電輸入採樣電路、控制模塊、逆變器後輸出；市電輸出採樣電路接入控制模塊；蓄電池組一路輸入逆變器，蓄電池組另一路經電池採樣電路後接入控制模塊，控制模塊根據市電輸入採樣電路、市電輸出採樣電路、電池採樣電路的採樣信號來控制切換電路接通或斷開市電，並控制逆變器，使蓄電池組的直流電經逆變器逆變輸出三相交流電後輸出至負載，其特徵在於控制模塊包括控制單元以及分別與控制單元連接的A/D轉換模塊、頻率捕捉模塊、PWM模塊和控制信號I/O 口，市電輸入採樣電路、市電輸出採樣電路、電池採樣電路的輸出端分別接入A/D轉換模塊的輸入端，市電輸入採樣電路、市電輸出採樣電路還分別接入頻率捕捉模塊，PWM模塊的輸出端接至逆變器的驅動信號輸入端，切換電路的控制端與控制信號I/O 口的相應埠相連；通過控制單元分析處理經A/D轉換模塊轉換輸入的市電各相輸入、輸出的電壓和相位以及蓄電池組的電壓，同時分析處理經頻率捕捉模塊捕捉輸入的市電輸入、輸出頻率；再由控制單元控制PWM模塊輸出逆變驅動信號驅動逆變器，將蓄電池組的直流電逆變輸出三相交流電，並控制切換電路接通或斷開市電。市電輸入通過濾波電路濾波後，通過切換電路供給輸出，同時通過逆變器整流給蓄電池充電。當市電異常時，切換電路斷開市電。蓄電池通過逆變器將電池能量逆變出交流電輸出給負載。控制模塊則是控制整機的運行，通過對市電輸入、蓄電池組、充電和輸出的電壓和電流進行採樣運算，控制切換電路和變換電路。同時，還可增加設置顯示電路，受控制模塊控制，用於顯示市電輸入、輸出及蓄電池的狀態。本實施例的UPS電源還包括用於檢測逆變器溫度的溫度採樣電路和用於防止浪湧電流的軟啟動電路，溫度採樣電路的輸出端接至A/D轉換模塊的相應輸入端，以提高UPS電源的可靠性。軟啟動電路連接於蓄電池組和逆變器之間，並具有軟啟動控制端，連接於控制信號I/O 口的相應埠上。具體是，軟啟動電路包括第一繼電器和電阻，第一繼電器的一個常開觸點串接在蓄電池組與逆變器之間的輸出迴路上，電阻並接於第一繼電器的常開觸點兩端；第一繼電器的控制端即為軟啟動控制端。如圖2所示，本實施例的切換電路包括第二繼電器，該第二繼電器具有三個常開觸點，各個常開觸點分別串接於濾波電路和輸出負載之間的各相相線上；第二繼電器的控制端即為切換電路的控制端。如圖3所示，本實施例的控制模塊為具有控制單元、A/D轉換模塊、頻率捕捉模塊、PWM模塊和控制信號I/O 口的單片機。該單片機採用FREESCAL公司的MCU (MC9S08AW32)。此單片機是一款高度節能性處理器，總線頻率達20MHz，最高運行速度達40MHz。具有豐富的片內資源，有32位內部FLASH存儲器，內部時鐘發生器，8個可編程定時器和PWM模塊，有10位16通道的A/D轉換器，有SCI、SPI、I2C等豐富的I/O 口，FQFP-G64的SMD封裝，外圍電路簡單。A/D轉換模塊為16通道的A/D轉換模塊，實現對三相輸入電壓、三相輸出電壓、三相負載電流、電池電壓、充電電流和逆變器溫度信號的模數轉換。·如圖2所示的本實施例UPS電源，CN2為市電輸入的A相相線接線端子，CN5為市電輸入的B相相線接線端子，CN6為市電輸入的C相相線接線端子，CN7為市電輸入的中性線接線端子，CN9為安全保護接地線接線端子；K1為輸入開關；濾波電路為輸入EMI濾波器FLl ；RY2為第二繼電器；T1為變換器轉換變壓器，C7、C8、C9為三相輸出濾波電容器；CT3為A相輸出電流採樣互感器，CT2為B相輸出電流採樣互感器，CTl為C相輸出電流採樣互感器；CN1為交流輸出的A相相線接線端子，CN3為交流輸出的B相相線接線端子，CM為交流輸出的C相相線接線端子，CN8為交流輸出的中性線接線端子；Q1、Q4、Q2、Q5、Q3、Q6為IGBT開關管，組成三相全橋變換器，具有高頻整流功能；C12為直流總線濾波電容器；第一繼電器RYl和電阻R7組成電池緩啟動電路；K2為電池開關；ΒΤ1為蓄電池組。市電輸入經輸入開關Kl和EMI濾波器FLl後送到第二繼電器RYl上，同時採樣電路將輸入的三相電ΠΝ-Α、UIN-B, UIN-C通過市電輸入採樣電路送給單片機的相應A/D轉換埠，經單片機的控制單元進行運算處理，判斷市電的電壓、頻率和相位正常時送出轉換控制信號，控制第二繼電器RY2吸合，再通過輸出的各電流採樣互感器輸出，互感器將輸出的電流採樣信號通過市電輸出採樣電路轉換後送給單片機的相應A/D轉換埠，經單片機的控制單元進行運算處理，判斷輸出的負載功率，負載功率正常時直接輸出，過載或短路時立即保護斷開第二繼電器RY2;同時市電經第二繼電器RY2加載到變換變壓器的次級繞組(星形連接)上，通過變壓器耦合給初級繞組(三角形連接)，輸出給IGBT開關管組成的三相全橋變換器，通過6個JGBT開關管高頻整流，在經直流總線濾波電容C12濾波後，通過第一繼電器RYl和電阻R7組成的軟啟動電路給蓄電池組充電。當單片機檢測到市電輸入異常時，發出轉換控制信號斷開第二繼電器RYl的各常開觸點，同時發出三相SPWM逆變控制信號，通過驅動電路驅動逆變器的三相全橋變換器，驅動轉換變壓器的初級(三角形連接)，通過變壓確耦合，次級繞組(星形連接)，輸出三相四線電壓，通過變壓器的漏感和輸出濾波電容，將SPWM波濾成純正的正弦波輸出，輸出通過電流採樣互感器進行負載功率採樣，當輸出過載或短路時關閉逆變SPWM信號，停止輸出保護。當在無市電輸入時，蓄電池冷啟動，在開機時蓄電池組已通過電阻R7給直流總線充電，當直流總線電壓充滿時，單片機才送出控制信號閉合第一繼電器RYl ;然後才發SPWM信號(SPWM的脈衝寬度從O逐漸加寬至額定值)，逆變電壓從OV上升到額定值，實現蓄電池組軟啟動。 上述實施例僅為本實用新型的較佳實施例，並非用來限定本實用新型的實施範圍；即凡依本實用新型內容所作的變化與變型，都為本實用新型權利要求所要求保護的範圍所涵蓋。
權利要求1.小型三相互動式UPS電源，包括市電輸入、濾波電路、切換電路、市電輸入採樣電路、市電輸出採樣電路、蓄電池組、電池採樣電路、逆變器和控制模塊，市電輸入一路依次經濾波電路、切換電路後輸出，市電輸入另一路依次經市電輸入採樣電路、控制模塊、逆變器後輸出；市電輸出採樣電路接入控制模塊；蓄電池組一路輸入逆變器，蓄電池組另一路經電池採樣電路後接入控制模塊，所述控制模塊根據市電輸入採樣電路、市電輸出採樣電路、電池採樣電路的採樣信號來控制切換電路接通或斷開市電，並控制逆變器，使蓄電池組的直流電經逆變器逆變輸出三相交流電後輸出至負載，其特徵在於所述控制模塊包括控制單元以及分別與控制單元連接的A/D轉換模塊、頻率捕捉模塊、PWM模塊和控制信號I/O 口，所述市電輸入採樣電路、市電輸出採樣電路、電池採樣電路的輸出端分別接入A/D轉換模塊的輸入端，所述市電輸入採樣電路、市電輸出採樣電路還分別接入頻率捕捉模塊，所述PWM模塊的輸出端接至逆變器的驅動信號輸入端，所述切換電路的控制端與控制信號I/O 口的相應埠相連； 通過控制單元分析處理經A/D轉換模塊轉換輸入的市電各相輸入、輸出的電壓和相位以及蓄電池組的電壓，同時分析處理經頻率捕捉模塊捕捉輸入的市電輸入、輸出頻率；再由控制單元控制PWM模塊輸出逆變驅動信號驅動逆變器，將蓄電池組的直流電逆變輸出三相交流電，並控制切換電路接通或斷開市電。
2.根據權利要求I所述的小型三相互動式UPS電源，其特徵在於所述UPS電源還包括用於檢測逆變器溫度的溫度採樣電路，溫度採樣電路的輸出端接至A/D轉換模塊的相應輸入端。
3.根據權利要求2所述的小型三相互動式UPS電源，其特徵在於所述UPS電源還包括用於防止浪湧電流的軟啟動電路，該軟啟動電路連接於蓄電池組和逆變器之間，並具有軟啟動控制端，連接於控制信號I/o 口的相應埠上。
4.根據權利要求3所述的小型三相互動式UPS電源，其特徵在於所述軟啟動電路包括第一繼電器和電阻，所述第一繼電器的一個常開觸點串接在蓄電池組與逆變器之間的輸出迴路上，所述電阻並接於第一繼電器的常開觸點兩端；所述第一繼電器的控制端即為軟啟動控制％5。
5.根據權利要求3所述的小型三相互動式UPS電源，其特徵在於所述切換電路包括第二繼電器，該第二繼電器具有三個常開觸點，各個常開觸點分別串接於濾波電路和輸出負載之間的各相相線上；所述第二繼電器的控制端即為切換電路的控制端。
6.根據權利要求1-5任一項所述的小型三相互動式UPS電源，其特徵在於所述控制模塊為具有所述控制單元、A/D轉換模塊、頻率捕捉模塊、PWM模塊和控制信號I/O 口的單片機。
專利摘要本實用新型公開了一種小型三相互動式UPS電源，包括市電輸入、濾波電路、切換電路、市電輸入採樣電路、市電輸出採樣電路、蓄電池組、電池採樣電路、逆變器和控制模塊，所述控制模塊包括控制單元以及分別與控制單元連接的A/D轉換模塊、頻率捕捉模塊、PWM模塊和控制信號I/O口，所述市電輸入採樣電路、市電輸出採樣電路、電池採樣電路的輸出端分別接入A/D轉換模塊的輸入端，所述電輸入採樣電路、市電輸出採樣電路還分別接入頻率捕捉模塊，所述PWM模塊的輸出端接至逆變器的驅動信號輸入端，所述切換電路的控制端與控制信號I/O口的相應埠相連。本實用新型適合應用於中小功率負載，其具有較高的可靠性及較低的運行成本。
文檔編號H02J9/04GK202737561SQ201220406910
公開日2013年2月13日 申請日期2012年8月16日 優先權日2012年8月16日
發明者潘世高, 羅蜂, 黃敏 申請人:佛山市柏克新能科技股份有限公司