後備式不間斷電源無延時同步切換電路的製作方法

2023-10-09 03:33:59

專利名稱：後備式不間斷電源無延時同步切換電路的製作方法
技術領域：
後備式不間斷電源無延時同步切換電路技術領域[0001]本實用新型涉及不間斷電源技術領域，尤其涉及一種後備式不間斷電源的無延時同步切換電路。
背景技術：
[0002]隨著信息處理技術和微電子等精密技術的蓬勃發展，對供電系統質量和可靠性的要求也越來越高，在一些用電質量要求較高的場合，急需一種電壓穩定、能同步跟蹤電網頻率、高可靠性的交流不間斷電源。不間斷電源系統(UPS, Uninterruptible Power System) 是一種含有儲能裝置，以逆變器為主要組成部分的恆壓恆頻的不間斷電源，當市電輸入正常時，UPS將市電穩壓後供應給負載使用，此時的UPS就是一臺交流市電穩壓器，同時它還向機內電池充電；當市電中斷時，UPS立即將機內電池的電能，通過逆變轉換的方法向負載繼續供應220V交流電，使負載維持正常工作並保護負載軟、硬體不受損壞。[0003]從技術上講，UPS分為三類後備式(也稱為離線式)、在線式和在線互動式。後備式正弦波UPS平時處於蓄電池充電狀態，在停電時逆變器緊急切換到工作狀態，將電池提供的直流電轉變為穩定的交流電輸出，適用於用電質量不高又要求不能斷電的負載，它由充電器、逆變器、蓄電池組、靜態開關等組成。後備式不間斷電源的切換方式是採用繼電器或電子開關，但通常無法在後備電源和電網電源間實現無延時的同步切換，會造成電源提供無法平順的現象。實用新型內容[0004]針對上述存在的問題，本實用新型的目的是提供一種後備式不間斷電源的無延時同步切換電路，以實現在後備電源和電網電源間的無延時同步切換。[0005]本實用新型的目的是通過下述技術方案實現的[0006]一種後備式不間斷電源的無延時同步切換電路，應用於備用AC逆變控制電路輸出與電網電源輸出之間的無延時同步切換，其中[0007]所述備用AC逆變控制電路的輸出通過一輸出濾波電感(T2)和輸出濾波電容(Cl) 輸出電壓；[0008]所述同步切換電路包括一個電網AC同步取樣電路，所述電網輸出作為所述電網 AC同步取樣電路的輸入，所述電網AC同步取樣電路的輸出作為所述備用AC逆變控制電路的輸入；[0009]所述電網電源與所述備用AC逆變控制電路之間設有一開關電路，所述開關電路通過一驅動電路進行驅動。[0010]上述無延時同步切換電路，其中[0011]所述驅動電路包括一光耦合器，所述光耦合器的一端通過並聯一輸入濾波電容與驅動供電電源連接，所述光耦合器的供電端連接一 CMOS管組，所述光耦合器另一端通過一中間電阻和所述備用AC逆變控制電路連接，所述光耦合器還有一端接地；[0012]所述CMOS管組跨接在所述備用AC逆變控制電路與所述電網電源之間。[0013]上述無延時同步切換電路，其中，所述CMOS管組的源極和柵極分別相接。[0014]上述無延時同步切換電路，其中[0015]所述電網AC同步取樣電路包括一電壓互感器，第一電阻，第二電阻，第一穩壓二極體，第二穩壓二極體，第一運算放大器和第二運算放大器；[0016]所述電壓互感器的初級線圈接收從所述電網電源輸入的電源，所述電壓互感器的次級線圈一端通過所述第一電阻連接所述第一運算放大器的同相輸入端，所述第一電阻朝向所述第一運算放大器的一端同時通過所述第一穩壓二極體接地；[0017]所述電壓互感器的次級線圈另一端通過所述第二電阻連接所述第二運算放大器的同相輸入端，所述第二電阻朝向所述第二運算放大器的一端同時通過所述第二穩壓二極體接地；[0018]所述第一運算放大器的反向輸入端和輸出端連通，和所述第二運算放大器的反向輸入端和輸出端連通。[0019]上述無延時同步切換電路，其中，所述電壓互感器的次級線圈的中心抽頭接地，所述電壓互感器的次級線圈的中心抽頭的上端為同相端，下端為反向端。[0020]與現有技術相比，本實用新型的有益效果在於[0021]實現了如在線式UPS般的完全不間斷供電，提高了工作效率，使用安全且節能效果好。


[0022]圖I是本實用新型後備式不間斷電源的無延時同步切換電路的結構示意圖；[0023]圖2是本實用新型後備式不間斷電源的無延時同步切換電路中電網AC同步取樣電路的結構不意圖；[0024]圖3a、圖3b分別是本實用新型後備式不間斷電源的無延時同步切換電路中備用 AC逆變控制電路兩端的輸出波形；[0025]圖3c是圖3a、圖3b輸出波形迭合後形成的完整的正弦波波形。[0026]圖4是本實用新型後備式不間斷電源的無延時同步切換電路中備用AC逆變控制電路輸出的方波波形；[0027]圖5a、圖5b分別是本實用新型後備式不間斷電源的無延時同步切換電路中電網 AC同步取樣電路兩端的輸出波形。
具體實施方式
[0028]下面結合原理圖和具體操作實施例對本實用新型作進一步說明。[0029]如圖I所示，本實用新型後備式不間斷電源的無延時同步切換電路，應用於備用 AC逆變控制電路輸出與電網電源輸出之間的無延時同步切換電路，備用AC逆變控制電路的輸出通過一輸出濾波電感T2和輸出濾波電容Cl輸出電壓。[0030]在本實用新型實施例中，無延時同步切換電路包括一個電網AC同步取樣電路，電網輸出作為電網AC同步取樣電路的輸入，電網AC同步取樣電路的輸出作為備用AC逆變控制電路的輸入。[0031]電網電源與備用AC逆變控制電路之間還設有一開關電路，開關電路通過一驅動電路進行驅動，開關電路的作用是當電網出現問題時及時進行與備用電源之間的切換。[0032]在上述技術方案進一步基礎上，繼續參看圖I所示，驅動電路包括一光耦合器01， 光率禹合器01的一端通過並聯一輸入濾波電容C2與驅動供電電源連接,光稱合器01的供電端連接一 CMOS管組M1、M2，光耦合器01另一端通過一中間電阻R和備用AC逆變控制電路連接，光耦合器01還有一端接地GND。[0033]CMOS管組Ml、M2跨接在備用AC逆變控制電路與電網電源之間，CMOS管組Ml、M2 的源極和柵極分別相接。[0034]請參看圖2所示，電網AC同步取樣電路包括一電壓互感器Tl，第一電阻R1，第二電阻R2，第一穩壓二極體Z1，第二穩壓二極體Z2，第一運算放大器ICl和第二運算放大器 IC2。電壓互感器Tl的初級線圈接收從電網電源輸入的電源，電壓互感器Tl的次級線圈一端通過第一電阻Rl連接第一運算放大器ICl的同相輸入端，第一電阻Rl朝向第一運算放大器ICl的一端同時通過第一穩壓二極體Zl接地。[0035]電壓互感器Tl的次級線圈另一端通過第二電阻R2連接第二運算放大器IC2的同相輸入端，第二電阻R2朝向第二運算放大器IC2的一端同時通過第二穩壓二極體Z2接地 GND。第一運算放大器ICl的反向輸入端和輸出端連通，和第二運算放大器IC2的反向輸入端和輸出端連通。[0036]在上述技術方案的進一步基礎上，電壓互感器Tl的次級線圈的中心抽頭接地，電壓互感器Tl的次級線圈的中心抽頭的上端為同相端，下端為反向端，以實現輸出對稱同步信號。[0037]本實用新型無延時同步切換方法包括下列步驟[0038]上電後，備用AC逆變控制電路兩端輸出一個完整周期波電壓VAC，具體輸出一個完整正弦波電壓或方波電壓，兩端VAC1、VAC2的輸出波形分別相對電路公共端GND的波形如圖3a和圖3b所示，其中η為正整數。這樣VACl和VAC2 二端輸出一個完整的正弦波電壓VAC，其波形如圖3c所示。[0039]在本實用新型的另一個實施例中，備用AC逆變控制電路也可以輸出調製方波如圖4所示，方波為近似正弦波，並不影響作為備用電源的使用。[0040]當電網供電正常時，電網AC同步取樣電路同步輸出兩個同步信號TCl和TC2，請繼續參看圖I和圖2所示，VACLl > VACL2時輸出TCI, VACL2 > VACLl時輸出TC2, TCl和 TC2的輸出波形請參看圖5a和圖5b所示，其中m為正整數。[0041]備用AC逆變控制電路收到同步信號TCl和TC2後，備用AC逆變控制電路調整電壓輸出相位直至備用AC逆變控制電路的輸出電壓與電網AC同步取樣電路的輸出電壓同步，CMOS管組Ml、M2導通，備用AC逆變控制電路關閉自身電壓輸出。具體來說，逆變器接收到同步信號後，將調整自身的VAC輸出相位直至m-n=偶數，請參見圖3a、圖3b、圖3c、圖 4和圖5a、圖5b，當「m-n=偶數(m、η均為正整數)」穩定後，且VACL在設定的範圍內，則備用AC逆變控制電路的切換驅動信號Dl輸出有效高，經光耦合器01驅動CMOS管組Ml和M2 導通，同時備用AC逆變控制電路關閉自身VAC輸出，但會隨時監測TCl和TC2，且隨時準備輸出與VACL同步的VAC。[0042]當在任何一個時間點上，當電網AC同步取樣電路輸出的兩個同步信號TCl和TC2超出設定的範圍，則判斷為電網供電不正常，備用AC逆變控制電路輸出控制信號，立刻置 Dl為低，即無效驅動，將CMOS管組M1、M2斷開，同時輸出與電網電源VACL同步的VAC，即由電網供電切換至備用電源供電。[0043]本實用新型提供的上述兩種切換方式實現了電網電源和備用供電間的同步無延時切換，實現了如在線式UPS般的完全不間斷供電，提高了工作效率，使用安全且節能效果好。[0044]以上對本實用新型的具體實施例進行了詳細描述，但本實用新型並不限制於以上描述的具體實施例，其只是作為範例。對於本領域技術人員而言，任何等同修改和替代也都在本實用新型的範疇之中。因此，在不脫離本實用新型的精神和範圍下所作出的均等變換和修改，都應涵蓋在本實用新型的範圍內。
權利要求1.一種後備式不間斷電源的無延時同步切換電路，應用於備用AC逆變控制電路輸出與電網電源輸出之間的無延時同步切換，其特徵在於所述備用AC逆變控制電路的輸出通過一輸出濾波電感(T2)和輸出濾波電容(Cl)輸出電壓；所述同步切換電路包括一個電網AC同步取樣電路，所述電網輸出作為所述電網AC同步取樣電路的輸入，所述電網AC同步取樣電路的輸出作為所述備用AC逆變控制電路的輸 A ；所述電網電源與所述備用AC逆變控制電路之間設有一開關電路，所述開關電路通過一驅動電路進行驅動。
2.根據權利要求I所述無延時同步切換電路，其特徵在於所述驅動電路包括一光耦合器(Ol )，所述光耦合器(01)的一端通過並聯一輸入濾波電容(C2 )與驅動供電電源連接，所述光耦合器(01)的供電端連接一 CMOS管組，所述光耦合器(01)另一端通過一中間電阻(R)和所述備用AC逆變控制電路連接，所述光耦合器(01) 還有一端接地；所述CMOS管組跨接在所述備用AC逆變控制電路與所述電網電源之間。
3.根據權利要求2所述無延時同步切換電路，其特徵在於，所述CMOS管組(Ml;M2)的源極和柵極分別相接。
4.根據權利要求3所述無延時同步切換電路，其特徵在於所述電網AC同步取樣電路包括一電壓互感器(Tl)，第一電阻(R1)，第二電阻(R2)， 第一穩壓二極體(Z1)，第二穩壓二極體(Z2)，第一運算放大器(ICl)和第二運算放大器 (IC2)；所述電壓互感器(Tl)的初級線圈接收從所述電網電源輸入的電源，所述電壓互感器 (Tl)的次級線圈一端通過所述第一電阻(Rl)連接所述第一運算放大器(ICl)的同相輸入端，所述第一電阻(Rl)朝向所述第一運算放大器(ICl)的一端同時通過所述第一穩壓二極體(Zl)接地；所述電壓互感器(Tl)的次級線圈另一端通過所述第二電阻(R2)連接所述第二運算放大器(IC2)的同相輸入端，所述第二電阻(R2)朝向所述第二運算放大器(IC2)的一端同時通過所述第二穩壓二極體(Z2)接地；所述第一運算放大器(ICl)的反向輸入端和輸出端連通，和所述第二運算放大器 (IC2)的反向輸入端和輸出端連通。
5.根據權利要求4所述無延時同步切換電路，其特徵在於，所述電壓互感器(Tl)的次級線圈的中心抽頭接地，所述電壓互感器(Tl)的次級線圈的中心抽頭的上端為同相端，下端為反向端。
專利摘要本實用新型公開了一種後備式不間斷電源的無延時同步切換電路，應用於備用AC逆變控制電路輸出與電網電源輸出之間的無延時同步切換，所述備用AC逆變控制電路的輸出通過一輸出濾波電感和輸出濾波電容輸出電壓；所述同步切換電路包括一個電網AC同步取樣電路，所述電網輸出作為所述電網AC同步取樣電路的輸入，所述電網AC同步取樣電路的輸出作為所述備用AC逆變控制電路的輸入；所述電網電源與所述備用AC逆變控制電路之間設有一開關電路，所述開關電路通過一驅動電路進行驅動。本實用新型實現了如在線式UPS般的完全不間斷供電，提高了工作效率，使用安全且節能效果好。
文檔編號H02J9/06GK202817888SQ20122047098
公開日2013年3月20日 申請日期2012年9月14日 優先權日2012年9月14日
發明者陸元成, 徐堯佐, 洪偉弼, 張宏 申請人:紐福克斯光電科技(上海)有限公司