專利名稱：不間斷電源主路反灌保護裝置及采用該裝置的不間斷電源的制作方法
技術領域：
本實用新型公開一種電路保護裝置及不間斷電源，特別是一種不間斷電源的主路 反灌保護裝置及采用該裝置的不間斷電源，屬于電力電子變換技術領域。
背景技術：
不間斷交流電源是一種在市電出現故障情況下提供可持續供電的裝置，簡稱為 UPS ( Bp Uninterruptible Power Supply)。目前，現有的UPS主要功能模塊如圖1所示，通 常都包括主路(即市電輸入)、旁路和電池供電電路，主路的每條輸電線上都連接有一個晶 閘管，主路輸入電源經整流器和逆變器轉換成標準正弦波電源后，輸出給負載供電，當市電 出現故障時，切換到電池放電模式，由電池進行持續供電。在電源從主路供電切換到電池 供電的過程中，如果主路輸入上的晶閘管Si、晶閘管S2或晶閘管S3出現短路故障，則由于 晶閘管前端(即輸出端口)帶有強電，UPS能量會向晶閘管的輸入端口反灌，造成了安全隱 患。同時，此時如果市電突然來電，則會產生電池和市電共通，造成故障擴散，可能損壞整流 器或母線。面對上述問題，目前業內的UPS均是采用相似的技術來解決的，請參看附圖2，現 有技術中對上述問題的解決方案均是利用假負載加電流互感器的方案進行旁路故障的檢 測，即是在旁路上的晶閘管S7、晶閘管S8和晶閘管S9的后端串入一個高精度的電流互感 器，機器工作在逆變狀態下，當主路上的晶間管短路時，串在旁路線上的高精度電流互感器 會檢到流到假負載上的電流，則產生故障報警。采用上述方案存在一些固有的缺點(1)由 于電路中需要加入一個高精度的電流互感器，使得實現的成本較高；(2)高精度的電流互 感器需要串在主功率線纜上，安裝時需要專門的加工工具，維修時則需要拆卸功率線纜，使 得安裝和維修時間以及成本都有提高；(3)因為晶閘管本身有吸收電路，且由于旁路輸入 端有EMI (即Electro Magnetic Interference)電容的存在，在正常的時候也會有電流流 過高精度的電流互感器，而流過電流的大小取決于吸收電路的參數，用上述的電路往往會 造成誤判、誤報現象。
實用新型內容針對上述提到的現有技術中的UPS電源主路晶閘管故障檢測電路存在上述缺點， 本實用新型提供一種新的防止不間斷電源的主路反灌保護裝置和采用該保護裝置的不間 斷電源，其采用差分采樣電路對不間斷電源主路輸入線路相線上的晶閘管兩端電壓差進行 采樣比較，然后對采樣信號進行放大、取絕對值運算后，將采樣信號與基準信號進行比較， 將比較結果輸入控制電路，控制電路根據比較結果對主路上的空氣開關進行控制，解決現 有技術中檢測晶間管需使用高精度電流互感器所帶來的高成本和誤判問題。本實用新型解決其技術問題采用的技術方案是一種不間斷電源的主路反灌保護 裝置，保護裝置包括用于采樣主路市電輸入線路上晶間管兩端電壓差的差分采樣電路、放 大電路、絕對值電路、滯回比較電路和控制電路，差分采樣電路采樣主路市電輸入線路上晶 閘管兩端電壓差，并將差分信號送入放大電路，經放大電路放大后輸入絕對值電路，經絕對3值電路對放大后的差分信號取絕對值之后輸入至滯回比較電路的一個輸入端，滯回比較電 路的另一個輸入端輸入基準信號，滯回比較電路對取絕對值之后的差分信號和基準信號進 行比較，并將比較結果信號輸入控制電路，控制電路根據比較結果控制主路市電輸入線路 上的空氣開關動作。一種采用上述的主路反灌保護裝置的不間斷電源，不間斷電源的主路市電輸入線 路上的每條相線上串聯有一個晶閘管，主路市電輸入線路上的每條相線上還串聯有一個空 氣開關，差分采樣電路分別采樣主路市電輸入線路上各晶間管兩端電壓差，并將差分信號 送入放大電路，經放大電路放大后輸入絕對值電路，經絕對值電路對放大后的差分信號取 絕對值之后輸入至滯回比較電路的一個輸入端，滯回比較電路的另一個輸入端輸入基準信 號，滯回比較電路對取絕對值之后的差分信號和基準信號進行比較，并將比較結果信號輸 入控制電路，控制電路根據比較結果控制所有線路上的空氣開關動作。本實用新型解決其技術問題采用的技術方案進一步還包括所述的滯回比較電路對取絕對值之后的差分信號和基準信號進行比較，當比較結 果為所述差分信號小于所述基準信號時，控制電路控制主路上的空氣開關斷開；當比較結 果為所述差分信號大于所述基準信號時，控制電路控制主路上的空氣開關閉合。所述的絕對值電路和滯回比較電路之間設有濾波電路，濾波電路對取絕對值電路 取絕對值后的信號進行濾波后輸入至滯回比較電路的一個輸入端。所述的空氣開關包括脫扣驅動電路和脫扣器，控制電路輸出控制信號給脫扣驅動 電路，脫扣驅動電路控制脫扣器動作。當所述滯回比較電路對取絕對值之后的差分信號和基準信號進行比較，得出所述 差分信號小于所述基準信號時的比較結果時，所述滯回比較電路輸出低電平信號到控制電 路，驅動所述的控制電路輸出故障保護信號到脫扣器驅動電路，脫扣器驅動電路觸發裝在 空氣開關內部的脫扣器，使得輸入空氣開關斷開。所述的基準信號為+5V電壓。所述的空氣開關串聯在市電輸入端與晶閘管之間。所述的市電輸入線路的相線設有三條。本實用新型的有益效果是采用本實用新型可以省去普通晶閘管故障檢測方法中 采用的高精度電流互感器以及假負載電路，從而節約制造成本，同時還簡化了裝配工藝，節 省加工裝配時間和維修時間。另一方面，本實用新型減少了由于高精度電流互感器本身的 故障點，杜絕了誤報的可能，提高了設備的可靠性。下面將結合附圖和具體實施方式
對本實用新型做進一步說明。
圖1為不間斷電源的簡易原理圖。圖2為現有技術中帶故障報警的不間斷電源原理圖。圖3為本實用新型原理方框圖。圖4為本實用新型空氣開關原理方框圖。
具體實施方式
本實施例為本實用新型優選實施方式，其他凡其原理和基本結構與本實施例相同 或近似的，均在本實用新型保護范圍之內。本實用新型主要是一種應用于不間斷電源(即UPS)上的，防止主路反灌的保護裝 置，其主要包括用于采樣主路市電輸入線路上晶閘管兩端電壓差的差分采樣電路、放大電 路、絕對值電路、滯回比較電路和控制電路，差分采樣電路采樣主路市電輸入線路上晶閘管 兩端電壓差，并將差分信號送入放大電路，經放大電路放大后輸入絕對值電路，經絕對值電 路對放大后的差分信號取絕對值之后輸入至濾波電路，濾波電路對信號進行濾波后得到一 個電平信號輸入至滯回比較電路的一個輸入端，滯回比較電路的另一個輸入端輸入基準信 號，本實施例中，基準信號為+5V電壓，即設定的閥值電壓，滯回比較電路對電平信號和基 準信號進行比較，并將比較結果信號輸入控制電路，本實施例中，控制電路可采用DSP處理 器，控制電路根據比較結果控制主路市電輸入線路上的空氣開關動作。請參看附圖4，本實 施例中，空氣開關包括脫扣驅動電路和脫扣器，控制電路輸出控制信號給脫扣驅動電路，脫 扣驅動電路控制脫扣器動作，當所述滯回比較電路對取絕對值之后的差分信號和基準信號 進行比較，得出所述差分信號小于所述基準信號時的比較結果時，所述滯回比較電路輸出 低電平信號到控制電路，驅動所述的控制電路輸出故障保護信號到脫扣器驅動電路，脫扣 器驅動電路觸發裝在空氣開關內部的脫扣器，使得輸入空氣開關斷開，所述故障保護信號 即為圖4中所示的脫扣信號。本實用新型同時還要求保護一種不間斷電源，即本實用新型是對不間斷電源進行 的改進，即是對圖1中的不間斷電源結構進行的改進。請結合參看附圖1和附圖3，不間斷 電源包括并聯設置的主路和旁路，主路市電輸入經過整流器整流后再經過逆變器進行逆變 形成標準正弦波電源輸出，給負載進行供電，主路市電輸入線路的每條相線上分別串聯有 一個晶閘管，本實施例中，主路市電輸入線路的相線為三條，每條相線上均串聯有一個晶閘 管，分別為晶閘管Si、晶閘管S2和晶閘管S3，主路市電輸入端與晶閘管之間分別串聯有空 氣開關，空氣開關同時控制三條主路市電輸入線路的通斷。電池分別通過晶閘管S4、晶閘 管S5和晶閘管S6輸出電能至整流器，當市電發生故障時，由電池進行持續供電。請參看附 圖3，本實用新型中的不間斷電源在晶閘管Si、晶閘管S2和晶閘管S3(即主路市電輸入線 路的相線上的晶閘管)中的每個晶閘管兩端分別連接有差分采樣電路，差分采樣電路分別 采樣主路上每個晶間管兩端電壓差，并將差分信號送入放大電路，經放大電路放大后輸入 絕對值電路，經絕對值電路對放大后的差分信號取絕對值之后輸入至濾波電路，濾波電路 對信號進行濾波后得到一個電平信號輸入至滯回比較電路的一個輸入端，滯回比較電路的 另一個輸入端輸入基準信號，本實施例中，基準信號為+5V電壓，即設定的閥值電壓，滯回 比較電路對電平信號和基準信號進行比較，并將比較結果信號輸入控制電路，本實施例中， 控制電路可采用DSP處理器，控制電路根據比較結果控制主路上的空氣開關動作。請參看 附圖4，本實施例中，空氣開關包括脫扣驅動電路和脫扣器，控制電路輸出控制信號給脫扣 驅動電路，脫扣驅動電路控制脫扣器動作。本實用新型在使用時，當UPS正常工作時，市電輸入通過晶閘管Si、晶閘管S2、晶 閘管S3，再經過整流器、逆變器，由逆變器提供標準正弦波電源給負載。此時電池放電晶閘 管S4、晶閘管S5、晶閘管S6不工作。此時，如果晶閘管Si、晶閘管S2或晶閘管S3短路故5障，由于晶閘管本身是一直處于導通狀態下，電路上無法檢測出。但是，當市電掉電(或發 生故障斷開)時，晶閘管Si、晶閘管S2和晶閘管S3不工作，切換到晶閘管S4、晶閘管S5合 晶閘管S6工作，UPS工作在電池放電模式下，此時如果晶閘管Si、晶閘管S2或晶閘管S3出 現短路時，則可通過本實用新型實施中所公開的不間斷電源的主路反灌保護裝置檢測出晶 閘管Si、晶閘管S2或晶閘管S3的故障。本實用新型分別采樣三個晶閘管Si、晶閘管S2和晶閘管S3的兩端電壓Vin，通過 一個差分電路后的采樣電壓Vl = Vin*39000/3000000，然后，通過一個放大器將電壓信號 放大，本實施例中的放大器放大倍數為39510/510，則放大后的電壓為V2 = 39510/510*V1 ； 再經過絕對值電路和濾波器，得到一個直流電平信號，電平信號與基準電壓Vref = 5V在滯 回比較電路中進行比較，當直流電平信號小于5V時，認為相應的晶間管出現短路故障，由 公式 Vin*39k/3000k*39. 51k/0. 51k = 5 可得出，Vin = 5. 3V，即輸入晶閘管 Si、晶閘管 S2 和晶閘管S3兩端電壓小于5. 3V時，則認為晶閘管故障，輸出低電平到控制電路。控制電路 發出故障保護信號到脫扣器驅動電路，脫扣器驅動電路觸發裝在空氣開關內部的脫扣器， 使得主路市電輸入線路上的空氣開關斷開，保護不間斷電源不受損壞。采用本實用新型可以省去普通晶閘管故障檢測方法中采用的高精度電流互感器 以及假負載電路，從而節約可制造成本，同時還簡化了裝配工藝，節省加工裝配時間和維修 時間。另一方面，本實用新型減少了由于高精度電流互感器本身的故障點，杜絕了誤報的可 能，提高了設備的可靠性。
權利要求1.一種不間斷電源的主路反灌保護裝置，其特征是所述的保護裝置包括用于采樣主 路市電輸入線路上晶閘管兩端電壓差的差分采樣電路、放大電路、絕對值電路、滯回比較電 路和控制電路，差分采樣電路采樣主路市電輸入線路上晶間管兩端電壓差，并將差分信號 送入放大電路，經放大電路放大后輸入絕對值電路，經絕對值電路對放大后的差分信號取 絕對值之后輸入至滯回比較電路的一個輸入端，滯回比較電路的另一個輸入端輸入基準信 號，滯回比較電路對取絕對值之后的差分信號和基準信號進行比較，并將比較結果信號輸 入控制電路，控制電路根據比較結果控制主路市電輸入線路上的空氣開關動作。
2.根據權利要求1所述的不間斷電源的主路反灌保護裝置，其特征是所述的滯回比 較電路對取絕對值之后的差分信號和基準信號進行比較，當比較結果為所述差分信號小于 所述基準信號時，控制電路控制主路上的空氣開關斷開；當比較結果為所述差分信號大于 所述基準信號時，控制電路控制主路上的空氣開關閉合。
3.根據權利要求1所述的不間斷電源的主路反灌保護裝置，其特征是所述的絕對值 電路和滯回比較電路之間設有濾波電路，濾波電路對取絕對值電路取絕對值后的信號進行 濾波后輸入至滯回比較電路的一個輸入端。
4.根據權利要求1或2或3所述的不間斷電源的主路反灌保護裝置，其特征是所述 的空氣開關包括脫扣驅動電路和脫扣器，控制電路輸出控制信號給脫扣驅動電路，脫扣驅 動電路控制脫扣器動作。
5.根據權利要求4所述的不間斷電源的主路反灌保護裝置，其特征是當所述滯回比 較電路對取絕對值之后的差分信號和基準信號進行比較，得出所述差分信號小于所述基 準信號時的比較結果時，所述滯回比較電路輸出低電平信號到控制電路，驅動所述的控制 電路輸出故障保護信號到脫扣器驅動電路，脫扣器驅動電路觸發裝在空氣開關內部的脫扣 器，使得輸入空氣開關斷開。
6.根據權利要求1或2或3所述的不間斷電源的主路反灌保護裝置，其特征是所述 的基準信號為+5V電壓。
7.一種采用如權利要求1至權利要求6中任意一項所述的主路反灌保護裝置的不間斷 電源，其特征是所述的不間斷電源的主路市電輸入線路上的每條相線上串聯有一個晶閘 管，主路市電輸入線路上的每條相線上還串聯有一個空氣開關，差分采樣電路分別采樣主 路市電輸入線路上各晶間管兩端電壓差，并將差分信號送入放大電路，經放大電路放大后 輸入絕對值電路，經絕對值電路對放大后的差分信號取絕對值之后輸入至滯回比較電路的 一個輸入端，滯回比較電路的另一個輸入端輸入基準信號，滯回比較電路對取絕對值之后 的差分信號和基準信號進行比較，并將比較結果信號輸入控制電路，控制電路根據比較結 果控制所有線路上的空氣開關動作。
8.根據權利要求7所述的不間斷電源，其特征是所述的空氣開關串聯在市電輸入端 與晶閘管之間。
9.根據權利要求7所述的不間斷電源，其特征是所述的市電輸入線路的相線設有三條。
10.根據權利要求7或8或9所述的不間斷電源，其特征是所述的基準信號為+5V電壓。
專利摘要一種不間斷電源的主路反灌保護裝置，屬于電力電子變換技術領域。不間斷電源的主路反灌保護裝置，包括用于采樣主路上晶閘管兩端電壓差的差分采樣電路、放大電路、絕對值電路、滯回比較電路和控制器，差分采樣電路采樣主路上晶閘管兩端電壓差，并將差分信號送入放大電路，經放大電路放大后輸入絕對值電路，經絕對值電路對放大后的差分信號取絕對值之后輸入至滯回比較電路一端，滯回比較電路的另一端輸入基準信號，滯回比較電路對采樣信號和基準信號進行比較，并將比較結果信號輸入控制器，控制器根據比較結果控制主路上的空氣開關動作。采用本實用新型可以節約制造成本，簡化裝配工藝，節省加工裝配時間和維修時間，提高了設備的可靠性。
文檔編號H02H7/00GK201829928SQ20102054221
公開日2011年5月11日 申請日期2010年9月26日 優先權日2010年9月26日
發明者夏小榮 申請人:深圳市斯恩泰電源有限公司