專利名稱：多模式工作ups電源的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種供電電源，尤其是涉及一種多模式工作UPS電源。
背景技術(shù)：
常規(guī)中大功率UPS電源只有單一的雙變換在線工作模式，整機(jī)效率一般只有85%左右，通常適應(yīng)負(fù)載為計算機(jī)和一些精密設(shè)備，對電機(jī)之內(nèi)的感性負(fù)載必須要放大7-10倍余量才能正常工作，沒有變頻啟動等功能，對負(fù)載適應(yīng)能力不強，自身耗電量高不節(jié)能
實用新型內(nèi)容
本實用新型的目的就是克服現(xiàn)有UPS電源只有單一雙變換在線工作模式的不足，提出一種具有多種工作模式的UPS供電電源。 為實現(xiàn)上述目的，本實用新型一種多模式工作UPS電源，包括市電輸入、蓄電池、整流器、逆變器，旁路靜態(tài)開關(guān)、逆變靜態(tài)開關(guān)、MCU單片機(jī)控制電路、外部輸入電路、外部輸出電路，市電輸入一路依次經(jīng)整流器、逆變器、逆變靜態(tài)開關(guān)至交流輸出，另一路經(jīng)旁路靜態(tài)開關(guān)至交流輸出，蓄電池連接在整流器輸出端和逆變器輸入端的連接點，MCU單片機(jī)控制
電路輸出旁路靜態(tài)開關(guān)控制信號至旁路靜態(tài)開關(guān)、輸出逆變靜態(tài)開關(guān)控制信號至逆變靜態(tài)開關(guān)、輸出逆變控制信號至逆變器，輸出工作狀態(tài)數(shù)據(jù)信號至外部輸出電路，輸入市電輸入采樣信號、輸入外部輸入電路輸入的信號。 上述MCU單片機(jī)控制電路還可以輸出整流控制信號至整流器，輸入蓄電池采樣信號、輸入逆變采樣信號、輸入交流輸出采樣信號。 在一種實施方式中，上述MCU單片機(jī)控制電路包括主機(jī)MCU單片機(jī)控制電路和顯
示MCU單片機(jī)控制電路，主機(jī)MCU單片機(jī)控制電路經(jīng)串行接口與顯示MCU單片機(jī)控制電路
傳輸數(shù)據(jù)，上述MCU單片機(jī)控制電路輸出的旁路靜態(tài)開關(guān)控制信號、逆變靜態(tài)開關(guān)控制信
號、逆變控制信號為主機(jī)MCU單片機(jī)控制電路輸出，上述MCU單片機(jī)控制電路輸入的市電輸
入采樣信號為主機(jī)MCU單片機(jī)控制電路輸入，上述MCU單片機(jī)控制電路輸出的工作狀態(tài)數(shù)
據(jù)信號為顯示MCU單片機(jī)控制電路輸出，上述MCU單片機(jī)控制電路輸入的外部輸入電路輸
入信號為顯示MCU單片機(jī)控制電路輸入。主機(jī)MCU單片機(jī)控制電路還可以輸出整流控制信
號至整流器，輸入蓄電池采樣信號、輸入逆變采樣信號、輸入交流輸出采樣信號。 上述外部輸出電路可為顯示電路或報警電路，上述外部輸入電路可為按鍵電路，
MCU單片機(jī)控制電路輸出工作狀態(tài)數(shù)據(jù)信號至顯示電路顯示或報警電路報警，輸入按鍵電
路輸入的設(shè)置信號。 上述外部輸出電路和外部輸入電路可為串行接口， MCU單片機(jī)控制電路經(jīng)串行接口連接后臺監(jiān)控。 本實用新型由于應(yīng)用了MCU單片機(jī)控制電路，并設(shè)置了旁路靜態(tài)開關(guān)和逆變靜態(tài)開關(guān)，用戶可以根據(jù)自己的負(fù)載情況，通過外部輸入電路輸入的信號設(shè)置本實用新型的工作模式。如計算機(jī)和精密設(shè)備負(fù)載，設(shè)置為在線雙變換工作模式(UPS);普通負(fù)載設(shè)備，設(shè)置為經(jīng)濟(jì)運行模式(ECO);電機(jī)負(fù)載設(shè)備，設(shè)置為變頻緩啟動應(yīng)急模式(EPS)。 本實用新型的特點是負(fù)載適應(yīng)能力強、用途廣泛、節(jié)能、電路性能穩(wěn)定、成本低、工
作模式設(shè)置轉(zhuǎn)換方便、操作簡單。
圖1是本實用新型實施例的電路方框圖； 圖2是圖1的主機(jī)MCU單片機(jī)控制電路控制的主電路原理圖；具體實施方式
以下結(jié)合附圖詳述本實用新型的結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié) 如圖l所示，為本實用新型實施例的電路方框圖，包括市電輸入、蓄電池、整流器、 逆變器，旁路靜態(tài)開關(guān)、逆變靜態(tài)開關(guān)、MCU單片機(jī)控制電路、外部輸入電路和外部輸出電 路。MCU單片機(jī)控制電路包括主機(jī)MCU單片機(jī)控制電路和顯示MCU單片機(jī)控制電路，主機(jī) MCU單片機(jī)控制電路經(jīng)串行接口與顯示MCU單片機(jī)控制電路傳輸數(shù)據(jù)，外部輸出電路為顯 示電路和報警電路，外部輸入電路為按鍵電路，外部輸出電路和外部輸入電路還可為RS232 串行接口，連接后臺監(jiān)控。 市電輸入一路依次經(jīng)整流器、逆變器、逆變靜態(tài)開關(guān)至交流輸出，另一路經(jīng)旁路靜 態(tài)開關(guān)至交流輸出，蓄電池連接在整流器輸出端和逆變器輸入端的連接點。主機(jī)MCU單片 機(jī)控制電路輸出旁路靜態(tài)開關(guān)控制信號至旁路靜態(tài)開關(guān)，控制關(guān)斷或開通旁路靜態(tài)開關(guān)； 輸出逆變靜態(tài)開關(guān)控制信號至逆變靜態(tài)開關(guān)，控制關(guān)斷或開通逆變靜態(tài)開關(guān)；輸出逆變控 制信號至逆變器，控制逆變器關(guān)閉或逆變工作或變頻緩啟動逆變工作；輸出整流控制信號 至整流器，控制整流器關(guān)閉或整流工作；輸入市電輸入采樣信號，判斷市電輸入正常否；輸 入蓄電池采樣信號，判斷蓄電池正常否；輸入逆變采樣信號，判斷逆變器正常否；輸入交流 輸出采樣信號，判斷交流輸出正常否。顯示MCU單片機(jī)控制電路輸出工作狀態(tài)數(shù)據(jù)信號至 顯示電路顯示和報警電路報警，輸入按鍵電路輸入的設(shè)置信號。顯示MCU單片機(jī)控制電路 經(jīng)RS232串行接口連接后臺監(jiān)控，發(fā)送工作狀態(tài)數(shù)據(jù)信號至后臺監(jiān)控，接收后臺監(jiān)控的設(shè) 置參數(shù)數(shù)據(jù)信號。 主機(jī)MCU單片機(jī)控制電路，通過對市電輸入、交流輸出、蓄電池等的采集，并通過
串行通訊和顯示MCU單片機(jī)控制電路進(jìn)行通訊，按用戶設(shè)置的模式進(jìn)行工作。 顯示MCU單片機(jī)控制電路，是分機(jī)對話的窗口 ，將主機(jī)MCU單片機(jī)控制電路的工作
數(shù)據(jù)進(jìn)行運算處理，然后控制顯示電路的LED指示燈顯示主機(jī)的工作狀態(tài)，并通過報警電
路的蜂鳴器報警，同時將所有的數(shù)據(jù)和狀態(tài)通過顯示電路的LCD液晶顯示器顯示；將主機(jī)
的運行數(shù)據(jù)通過RS232串行接口和后臺監(jiān)控通訊；按鍵電路是用戶對顯示內(nèi)容進(jìn)行查詢或
參數(shù)設(shè)置。 整流器將市電的交流電轉(zhuǎn)換成直流電，供蓄電池充電和逆變器工作電源。采用可 控硅橋式整流器，通過控制可控硅的導(dǎo)通角調(diào)整輸出電壓。當(dāng)電池低壓時給電池充電，整流 器工作在恒流模式，電池充滿后工作在恒壓狀態(tài)。 逆變器則是將整流器輸出的直流電或蓄電池的直流電轉(zhuǎn)換成交流電輸出。 旁路靜態(tài)開關(guān)和逆變靜態(tài)開關(guān)是旁路和逆變雙電源轉(zhuǎn)換的電子開關(guān)。[0021] 輔助電源則是供給電路的工作電源。 蓄電池則是后備能源。在市電異常時代替市電輸入，提供后備供電。 如圖2所示，為主機(jī)MCU單片機(jī)控制電路控制的主電路原理圖，其中，SW1為電池
開關(guān)，SW2為整流開關(guān)，SW3為旁路開關(guān)，SW4為輸出開關(guān)。 當(dāng)市電正常時，首先通過整流開關(guān)SW2、濾波電容C1、濾波電感L1濾后連接到整 流器，整流器采用可控硅橋式整流器Q1，可控硅橋式整流器Q1將市電輸入整流變換成直流 電，經(jīng)熔斷器F1，總線電容C2濾波，給蓄電池充電，同時供給逆變器。當(dāng)電池充滿后恒定在 浮充電壓供給逆變器。主機(jī)MCU單片機(jī)輸出的整流控制信號至可控硅橋式整流器Q1A、Q1B、 Q1C、Q1D的可控硅柵極，通過調(diào)整可控硅Q1A、Q1B、Q1C、Q1D的導(dǎo)通角，調(diào)整整流電壓。 蓄電池充電則是整流后的直流電壓通過二極管D1給電池充電，充電電流通過HR1 霍耳電流傳感器進(jìn)行測量，當(dāng)電池低壓時進(jìn)入恒流充電模式，電池充滿后則轉(zhuǎn)為恒壓模式。 電池逆變工作蓄電池首先通過電池開關(guān)SW1，電池軟啟動限流電阻RS1給總線電 容C2充電，當(dāng)電容C2充滿后，主機(jī)MCU單片機(jī)送出控制信號觸發(fā)可控硅Q5導(dǎo)通，短路電池 軟啟動限流電阻RS1，電池電流通過可控硅Q5供給逆變器。 逆變器采用IGBT逆變橋Q6(4單元H橋Q6A、Q6B、Q6C、Q6D)。當(dāng)主機(jī)MCU單片機(jī)控 制逆變器工作時，輸出逆變控制信號SP麗驅(qū)動波，通過外部電路分成4路驅(qū)動信號至IGBT 逆變橋Q6的柵極，通過IGBT逆變橋Q6開關(guān)斬波，逆變變壓器Tl耦合，并通過變壓器的漏 感和輸出逆變?yōu)V波電容C3，濾出純凈的正弦交流電。 旁路靜態(tài)開關(guān)Q4采用反向并聯(lián)的可控硅Q4A、 Q4B，逆變靜態(tài)開關(guān)Q5采用反向并
聯(lián)的可控硅Q5A、Q5B，旁路靜態(tài)開關(guān)Q4和逆變靜態(tài)開關(guān)Q5是雙電源轉(zhuǎn)換開關(guān)，切換旁路和
逆變兩路交流電。當(dāng)逆變輸出時，主機(jī)MCU單片機(jī)發(fā)出逆變靜態(tài)開關(guān)Q 5的觸發(fā)信號，也即
輸出逆變靜態(tài)開關(guān)控制信號作用于反向并聯(lián)可控硅Q5A、 Q5B的柵極，觸發(fā)反向并聯(lián)可控硅
Q5A、Q5B導(dǎo)通，逆變輸出，同時發(fā)出旁路封鎖信號，關(guān)閉旁路靜態(tài)開關(guān)Q4，也即主機(jī)MCU單片
機(jī)輸出旁路靜態(tài)開關(guān)控制信號作用于反向并聯(lián)可控硅Q4A、 Q4B的柵極，觸發(fā)反向并聯(lián)可控
硅Q4A、Q4B截止。當(dāng)控制旁路輸出時，則控制旁路靜態(tài)開關(guān)Q4導(dǎo)通，關(guān)閉逆變靜態(tài)開關(guān)Q5。 輸出互感器CT1是輸出電流采樣，用來對輸出功率進(jìn)行測量和保護(hù)。 主機(jī)MCU單片機(jī)控制電路和顯示MCU單片機(jī)控制電路的MCU芯片均采用FREESCAL
公司的MC9S08AW16。此單片機(jī)有10位A/D轉(zhuǎn)換器，兩個串行通訊口 ， 2個定時器，有捕捉、
比較和P麗功能。LQFP-G44/LQFP-G64的SMD封裝，外圍電路簡單。 1.采用串行通信，主機(jī)MCU單片機(jī)和顯示MCU單片機(jī)實現(xiàn)數(shù)據(jù)通信。 2.利用A/D轉(zhuǎn)換器對輸入輸出電壓、電流、電池電壓、充電電流、溫度進(jìn)行采樣測 3.利用MCU單片機(jī)的P麗功能，產(chǎn)生SP麗正弦脈寬調(diào)制信號，控制IGBT逆變橋啟 動。其它的口線實現(xiàn)對電路的各種控制。 本實施例的其余電路原理圖，如按鍵、顯示、報警電路等，是本領(lǐng)域技術(shù)人員通曉
的知識，此處不多描述。 本實用新型的工作過程如下 用戶通過按鍵設(shè)置和顯示器顯示來查詢或設(shè)置工作模式，也可以接收后臺監(jiān)控的 設(shè)置參數(shù)數(shù)據(jù)信號來設(shè)置工作模式。[0037] 用戶設(shè)置為在線雙變換模式(UPS):市電輸入正常時，通過整流器進(jìn)行整流，整流 后分成兩路輸出，一路送到逆變器，通過逆變器轉(zhuǎn)換成穩(wěn)定的交流電壓，另一路給蓄電池充 電，電池充滿后整流器處于浮充狀態(tài)，即只有充電電壓而沒充電電流。主機(jī)MCU單片機(jī)控制 關(guān)斷旁路靜態(tài)開關(guān)，開通逆變靜態(tài)開關(guān)，逆變器轉(zhuǎn)換成的交流電壓經(jīng)逆變靜態(tài)開關(guān)輸出。市 電異常時，蓄電池電壓經(jīng)逆變器逆變成穩(wěn)定的交流電壓后通過逆變靜態(tài)開關(guān)輸出。當(dāng)逆變 器關(guān)閉或故障時，主機(jī)MCU單片機(jī)控制開通旁路靜態(tài)開關(guān)。這種工作模式在市電正常時直 接通過整流、逆變輸出，零毫秒切換，輸出電壓穩(wěn)壓動態(tài)響應(yīng)好，波形失真小。適用于對供電 質(zhì)量高，對切換時間要求特別短的負(fù)載。 用戶設(shè)置為經(jīng)濟(jì)運行模式(ECO):市電輸入正常時，通過整流器進(jìn)行整流，整流后 分成兩路輸出， 一路送到逆變器，通過逆變器轉(zhuǎn)換成穩(wěn)定的交流電壓，另 一路給蓄電池充 電，電池充滿后整流器處于浮充狀態(tài)。此時主機(jī)MCU單片機(jī)會發(fā)出逆變控制信號SP麗驅(qū) 動波至IGBT逆變橋的柵極，逆變器正常工作，同時主機(jī)MCU單片機(jī)發(fā)出旁路靜態(tài)開關(guān)開通 信號，逆變靜態(tài)開關(guān)關(guān)斷信號，輸出端負(fù)載由旁路靜態(tài)開關(guān)供電輸出，逆變器處于逆變待機(jī) 工作狀態(tài)而不帶負(fù)載。市電異常時，在主機(jī)MCU單片機(jī)的控制下快速關(guān)斷旁路靜態(tài)開關(guān)， 開通逆變靜態(tài)開關(guān)，切換到逆變器輸出。這種工作模式在市電正常時直接通過旁路靜態(tài)開 關(guān)輸出，不經(jīng)過整流和逆變兩級變換，整機(jī)的效率高達(dá)97%，比在線雙變換模式(UPS)節(jié)能 5% _10%的電量。 用戶設(shè)置為變頻緩啟動應(yīng)急模式(EPS):市電輸入正常時，通過整流器進(jìn)行整流， 整流后分成兩路輸出，一路送到逆變器，另一路給蓄電池充電，電池充滿后整流器處于浮充 狀態(tài)。主機(jī)MCU單片機(jī)控制開通旁路靜態(tài)開關(guān)，關(guān)斷逆變靜態(tài)開關(guān)，輸出端負(fù)載由旁路靜態(tài) 開關(guān)供電輸出，此時主機(jī)MCU單片機(jī)不會輸出逆變控制信號SP麗驅(qū)動波，IGBT逆變橋的柵 極沒有驅(qū)動電壓，逆變器不進(jìn)行逆變工作，完全處于停止?fàn)顟B(tài)。當(dāng)市電異常時，主機(jī)MCU單 片機(jī)輸出頻率由窄到寬的SP麗驅(qū)動波，頻率由10Hz到50Hz緩慢增加，而逆變器的逆變輸 出電壓也由低到高增加，同時主機(jī)MCU單片機(jī)控制開通逆變靜態(tài)開關(guān)，關(guān)閉旁路靜態(tài)開關(guān)； 負(fù)載轉(zhuǎn)由逆變器逆變輸出供電。這種工作模式在市電正常時直接通過旁路輸出，不經(jīng)過整 流和逆變兩級變換，整機(jī)的效率高，節(jié)能運行，但是逆變輸出和旁路輸出的切換時間長，不 適應(yīng)對切換時間有要求的設(shè)備；啟動方式為變頻緩啟動，適用于對切換時間要求不高的動 力性負(fù)載或啟動沖擊電流大的電機(jī)類負(fù)載，實現(xiàn)后備應(yīng)急供電。整機(jī)的效率高達(dá)98%，比在 線雙變換模式(UPS)節(jié)能5% _10%的電量。 可見，用戶能夠根據(jù)自己的負(fù)載設(shè)備情況設(shè)置電源的工作模式，計算機(jī)和精密設(shè) 備選擇在線雙變換工作模式(UPS)、普通負(fù)載設(shè)備選擇經(jīng)濟(jì)運行模式(EC0)、電機(jī)負(fù)載設(shè)備 選擇變頻緩啟動應(yīng)急模式(EPS)，負(fù)載適應(yīng)能力強、用途廣泛。ECO經(jīng)濟(jì)運行模式整機(jī)效率 可達(dá)到97%，轉(zhuǎn)換時間1. 8毫秒，EPS變頻緩啟動應(yīng)急模式可以按1 : 1倍直接啟動電動 機(jī)，整機(jī)效率可達(dá)到98%，根據(jù)不同的負(fù)載選擇不同的模式工作，可節(jié)能5% _10%，此電路 性能穩(wěn)定，成本低，操作簡單。
權(quán)利要求一種多模式工作UPS電源，包括市電輸入、蓄電池、整流器、逆變器，其特征在于還包括旁路靜態(tài)開關(guān)、逆變靜態(tài)開關(guān)、MCU單片機(jī)控制電路、外部輸入電路、外部輸出電路，市電輸入一路依次經(jīng)整流器、逆變器、逆變靜態(tài)開關(guān)至交流輸出，另一路經(jīng)旁路靜態(tài)開關(guān)至交流輸出，蓄電池連接在整流器輸出端和逆變器輸入端的連接點，MCU單片機(jī)控制電路輸出旁路靜態(tài)開關(guān)控制信號至旁路靜態(tài)開關(guān)、輸出逆變靜態(tài)開關(guān)控制信號至逆變靜態(tài)開關(guān)、輸出逆變控制信號至逆變器，輸出工作狀態(tài)數(shù)據(jù)信號至外部輸出電路，輸入市電輸入采樣信號、輸入外部輸入電路輸入的信號。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的電源，其特征在于MCU單片機(jī)控制電路還輸出整流控制信號 至整流器，輸入蓄電池采樣信號、輸入逆變采樣信號、輸入交流輸出采樣信號。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電源，其特征在于所述MCU單片機(jī)控制電路包括主機(jī)MCU 單片機(jī)控制電路和顯示MCU單片機(jī)控制電路，主機(jī)MCU單片機(jī)控制電路經(jīng)串行接口與顯示 MCU單片機(jī)控制電路傳輸數(shù)據(jù)，所述MCU單片機(jī)控制電路輸出的旁路靜態(tài)開關(guān)控制信號、逆 變靜態(tài)開關(guān)控制信號、逆變控制信號為主機(jī)MCU單片機(jī)控制電路輸出，所述MCU單片機(jī)控制 電路輸入的市電輸入采樣信號為主機(jī)MCU單片機(jī)控制電路輸入，所述MCU單片機(jī)控制電路 輸出的工作狀態(tài)數(shù)據(jù)信號為顯示MCU單片機(jī)控制電路輸出，所述MCU單片機(jī)控制電路輸入 的外部輸入電路輸入信號為顯示MCU單片機(jī)控制電路輸入。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的電源，其特征在于所述主機(jī)MCU單片機(jī)控制電路還輸出整 流控制信號至整流器，輸入蓄電池采樣信號、輸入逆變采樣信號、輸入交流輸出采樣信號。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1至4任一項所述的電源，其特征在于所述外部輸出電路為顯示電 路或報警電路，所述外部輸入電路為按鍵電路，MCU單片機(jī)控制電路輸出工作狀態(tài)數(shù)據(jù)信號 至顯示電路顯示或報警電路報警，輸入按鍵電路輸入的設(shè)置信號。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1至4任一項所述的電源，其特征在于所述外部輸出電路和外部輸 入電路為串行接口， MCU單片機(jī)控制電路經(jīng)串行接口連接后臺監(jiān)控。
7. 根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的電源，其特征在于所述主機(jī)MCU單片機(jī)控制電路和顯 示MCU單片機(jī)控制電路的MCU芯片均采用MC9S08AW16。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的電源，其特征在于所述逆變器采用IGBT逆變橋，主機(jī)MCU單 片機(jī)控制電路輸出逆變控制信號SP麗驅(qū)動波至IGBT逆變橋的柵極。
9. 根據(jù)權(quán)利要求2或4所述的電源，其特征在于所述整流器采用可控硅橋式整流器， 所述輸出的整流控制信號至可控硅橋式整流器的可控硅柵極。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1至4任一項所述的電源，其特征在于所述旁路靜態(tài)開關(guān)和逆變靜 態(tài)開關(guān)均采用反向并聯(lián)的可控硅，所述輸出的靜態(tài)開關(guān)控制信號作用于反向并聯(lián)可控硅的 柵極，觸發(fā)反向并聯(lián)可控硅導(dǎo)通或截止。
專利摘要一種多模式工作UPS電源，包括市電輸入、蓄電池、整流器、逆變器，旁路靜態(tài)開關(guān)、逆變靜態(tài)開關(guān)、MCU單片機(jī)控制電路、外部輸入電路、外部輸出電路，市電輸入一路依次經(jīng)整流器、逆變器、逆變靜態(tài)開關(guān)至交流輸出，另一路經(jīng)旁路靜態(tài)開關(guān)至交流輸出，蓄電池連接在整流器輸出端和逆變器輸入端的連接點，MCU單片機(jī)控制電路輸出旁路靜態(tài)開關(guān)控制信號至旁路靜態(tài)開關(guān)、輸出逆變靜態(tài)開關(guān)控制信號至逆變靜態(tài)開關(guān)、輸出逆變器控制信號至逆變器，輸出工作狀態(tài)數(shù)據(jù)信號至外部輸出電路，輸入市電輸入采樣信號、輸入外部輸入電路輸入的信號。本實用新型克服現(xiàn)有UPS電源只有單一雙變換在線工作模式的不足，提出一種具有多種工作模式的供電電源。
文檔編號H02J7/06GK201541145SQ20092017441
公開日2010年8月4日 申請日期2009年11月4日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月4日
發(fā)明者潘世高, 羅蜂, 黃敏 申請人:佛山市柏克電力設(shè)備有限公司