專利名稱：功率能輸出模塊化的不斷電系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種功率能輸出模塊化的不斷電系統(tǒng)，尤指一種采用半導(dǎo)體MOSFET組來取代變壓器，以達(dá)到無限次功率擴(kuò)充的目的。
目前市面上的不斷電系統(tǒng)，一般都采用輸出方波，或模擬正弦波，且輸出必需要加上變壓器才能正常工作，其工作原理圖示于

圖1。
然而，不斷電系統(tǒng)應(yīng)輸出是正弦波，頻率為60Hz，與市電相同才對(duì)。因?yàn)椴粩嚯娤到y(tǒng)本身在振蕩電路振蕩輸出仍是正弦波，到了后面的電路，使其成為方波輸出，此方波輸出的缺點(diǎn)為因方波是由很多次的偶次諧波所形成，所以用在一般的電器用品上往往會(huì)造成電器損壞。而且如使用在電感式負(fù)載如電扇，馬達(dá)等可能就沒法動(dòng)作，就算動(dòng)作工作效率也不穩(wěn)定，如使用在純負(fù)載(R)電阻式負(fù)載如電視電腦等是可以工作，但可能會(huì)使電器損壞。
因此，市場(chǎng)上的不斷電系統(tǒng)有兩種形式的輸出波形，即方形波及模擬正弦波。模擬正弦波，為利用積分電路將方波模擬成接近正弦波，雖是接近正弦波，但終究不是正弦波，效率較差。輸出要用變壓器才可達(dá)到由12V轉(zhuǎn)變?yōu)?20V/60Hz的交流電壓輸出。又輸出無法并聯(lián)，會(huì)造成燒毀，因一般ups分為100VA-2000VA-4000VA規(guī)格，但必須局限在一臺(tái)ups，一般而言，兩臺(tái)100VA應(yīng)等于200VA輸出，但變壓器本身受到電流，阻抗，頻率等的影響所以不能并聯(lián)(即擴(kuò)充)，并聯(lián)即會(huì)燒毀，所以市場(chǎng)上無法作出可擴(kuò)充式的ups。
鑒於上述缺點(diǎn)，本發(fā)明的主要目的在于提供一種功率能輸出模塊化的不斷電系統(tǒng)，其采用半導(dǎo)體MOSFET組來取代變壓器，因半導(dǎo)體MOSFET，其特性非常相近，不會(huì)有相位，阻抗及頻率被改變的影響，故可以達(dá)到無限次功率擴(kuò)充的目的。
本發(fā)明的技術(shù)方案在于提供一種功率能輸出模塊化的不斷電系統(tǒng)，其特征在于其是一種不斷電系統(tǒng)，該系統(tǒng)為輸出功率能輸出模塊化，無輸出變壓器的可擴(kuò)充式的系統(tǒng)。
前述的功率能輸出模塊化的不斷電系統(tǒng)電路系統(tǒng)，其特征在于其中的電橋電路是取代一般不斷電系統(tǒng)中的變壓器功能的電橋電路。
前述的無輸出變壓器的可擴(kuò)充式不斷電系統(tǒng)，其特征在于其進(jìn)一步包括低通濾波器。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于其是能輸出模塊化的不斷電系統(tǒng)，故能無限擴(kuò)充其功率，電源輸出模塊化，可擴(kuò)充其電流的功率。本發(fā)明的不斷電系統(tǒng)不用變壓器輸出，輸出近似正弦波。
以下結(jié)合附圖進(jìn)一步說明本發(fā)明的具體結(jié)構(gòu)特征及目的。
附圖簡(jiǎn)要說明圖1是常用不斷電系統(tǒng)的工作原理圖；圖2是單元ups的原理方塊圖；圖3是DC變AC產(chǎn)生電路的電路圖；圖4是IcXR-1各腳功能圖；圖5是DC變AC電橋電路電路圖；圖6是R/C低通濾波(整形電路)的電路圖；圖7是過載保護(hù)電路圖；圖8是PWM產(chǎn)生電路分析電路圖；圖9是電流放大驅(qū)動(dòng)電路；圖10是103電路圖；及圖11是擴(kuò)充不斷電系統(tǒng)模塊圖。
本發(fā)明的原理為用DC24V至170V的DC轉(zhuǎn)換電路。本身具有將DC170V轉(zhuǎn)成120V AC的電路。此稱為低壓驅(qū)動(dòng)高壓式電橋電路。本電橋電路的控制受到低壓的PWM驅(qū)動(dòng)電路控制。
在振蕩電路，則采用PWM(Pulse width Modulation)的方式，PWM即脈寬調(diào)制，是利用三角波與基本正弦波互相比較兩波的交點(diǎn)，決定電力元件的開關(guān)時(shí)刻，因此必須產(chǎn)生PWM波，再送數(shù)字電路再經(jīng)低通濾波器，就可以得到一個(gè)輸出正弦波，而且不會(huì)因整形電路所造成消耗電流太大(靜態(tài))無負(fù)載，其效率才會(huì)高。
如果輸出功率要擴(kuò)充，只有不用變壓器，才可能達(dá)到輸出功率擴(kuò)充的功能。因沒有變壓器就不會(huì)有相位，阻抗及頻率被改變的影響，如被改變則會(huì)影響到模塊化功率的擴(kuò)充，甚至燒毀。本發(fā)明是采用半導(dǎo)體MOSFET組來取代變壓器，因半導(dǎo)體MOSFET，其特性非常相近，不會(huì)有相位，阻抗及頻率被改變的影響，故可以達(dá)到無限次功率擴(kuò)充的目的。
本發(fā)明分為(A)單元不斷電系統(tǒng)及(B)擴(kuò)充不斷電系統(tǒng)模塊二部份來說明(A)本發(fā)明方塊圖，可分為三大部分；即101電路，102電路及103電路。單元ups的原理方塊圖示于圖2。
I·101電路101電路，主要目的是DC24V變DC170V，為何要此電路，因?yàn)镈C→AC電橋電路本身是一個(gè)變換電路，所以輸入必須DC170V經(jīng)變換電路四個(gè)MOSFET(絕緣閘場(chǎng)效晶體管)，1.414此為RC/低通濾波器的常數(shù)，所以170V DC÷1.414交換成AC約120V電壓以得到實(shí)際輸出，101電路又分為(甲)·DC變DC產(chǎn)生電路。(乙)·DC變AC電橋電路。(丙)·R/C低通濾波(整形電路)。及(丁)·過載保護(hù)電路?，F(xiàn)分述如下(甲)·DC變DC產(chǎn)生電路。
DC變DC產(chǎn)生電路的電路圖，示于圖3，其工作原理為(IcXR-1)6、7、9為振蕩電路腳，此IcRc振蕩為25KHZ，因?yàn)檩敵龅淖儔浩鞴ぷ黝l率為25KHZ所以XR-1振蕩為25KHZ其中VR1為調(diào)整頻率調(diào)整約在25K±1HZ，再看3腳為IcXR-1的泄放電路腳，12、13腳為此Ic固定偏壓腳，然后輸出11、14腳，其中11腳為正周輸出腳，14為負(fù)周輸出腳，再經(jīng)電流放大級(jí)后正負(fù)輸出至24，0，24的變壓器，此變壓器為24，0，24振蕩輸出變成170V AC，170V AC再經(jīng)輸出D1和D2為全波整流電路，此170V AC變成DC 170V然后再經(jīng)一個(gè)射頻扼流圈和C1、C2濾波電路(濾波25K)以達(dá)到純正DC170V輸出。
在圖4中，IcXR-1各腳功能圖說明如下1.INV，INPUT2.INV，INPUT3.OSC OUT4.(+)C.L SENSE5.(-)C.L SENSE6.RT7.CT8.接地GND9.COMPENSATION AND COMPARATOR10.SHUTDOWN11.EMITTERA12.COLLECTOR A13.COLLECTOR B14.EMITTER B
15.V+16.VREF(乙)·DC變AC電橋電路分析圖5為DC變AC電橋電路電路圖，其主要采用Ic來控制電橋電路，工作原理先看低壓控制高壓的變換Ic A、Ic B，Ic A、Ic B主要作用是用作來控制Q1～Q4的飽和截止，而Ic A、B本身所吃的電源為一個(gè)電壓12V，再經(jīng)由信號(hào)控制PWM+輸入和PWM-輸入，Ic A和Ic B輸入HIN和LIN兩個(gè)腳相位反連結(jié)，使當(dāng)PWM+時(shí)Ic A HO為正LO為負(fù)，Ic B HO為負(fù)LO為正，信號(hào)輸出使Q1、Q4導(dǎo)通，Q2和Q3截止為使OUT1和OUT2得到一個(gè)正半波的PWM170VAC的正周，當(dāng)PWM為負(fù)時(shí)Ic A LO為正HO為負(fù)，IcB LO為負(fù)HO為正，信號(hào)輸出使Q1、Q4截止，Q2和Q3飽和使OUT1和OUT2得到一個(gè)負(fù)半波的PWM 170V AC的負(fù)周，所以當(dāng)PWM信號(hào)在正負(fù)周時(shí)，OUT1和OUT2可得一個(gè)正負(fù)的170VPWM波的AC電壓。
(丙)·R/c低通濾波(整形電路)R/C低通濾波(整形電路)的電路圖，示于圖6，其主要作用是將±170V AC PWM波整形約為120V的正弦波，它如何可整形為正弦波，最主要的是信號(hào)輸出為一個(gè)±170V的PWM波，因PWM波本經(jīng)由RT、CT和C2R2、C1R1的低通電路，此信號(hào)的高頻部份會(huì)被C2R2和C1和R1所濾波掉，而信號(hào)輸出的低頻部份會(huì)被RT、CT所濾波整形，所以輸出可得到一個(gè)近似正弦波的波形，RT和CT常數(shù)為1.414所以170V÷1.414等於120V的AC。
(丁)·過載保護(hù)電路過載保護(hù)電路圖，示于圖7，其工作原理R1和R2分壓電阻IcuA741 3腳作參考電壓，2腳作比較壓腳，R1和R2調(diào)整R2大約VDC約1.4V左右。當(dāng)輸出120V短路或電橋電路過載時(shí)電橋電路中的0.5Ω/5W電壓會(huì)上升，此時(shí)741Ic會(huì)測(cè)得，因741的電路是一個(gè)簡(jiǎn)單的比較電路，當(dāng)外來電路2腳大于3腳的參考電壓1.4V時(shí)，741的VO，6腳為一個(gè)負(fù)的輸出然后輸出驅(qū)動(dòng)一個(gè)晶體管而晶體管會(huì)使繼電器跳開以達(dá)到輸出保護(hù)作用。
II.102電路102電路可分為二部分來說明，即(戊).PWM產(chǎn)生電路分析，及(己).電流放大驅(qū)動(dòng)電路(戊).PWM產(chǎn)生電路分析PWM產(chǎn)生電路分析PWM產(chǎn)生電路分析電路圖示于圖8，圖中的IB03B此Ic的功能主要在做正弦波的產(chǎn)生，其輸出頻率由R1和R2和C1來決定。本線路振蕩頻率約60±1HZ輸出再輸入圖9的電流放大驅(qū)動(dòng)電路輸入側(cè)的ci交連電容，R3和R4主要用來作偏壓電阻使振幅不失真再送入Ic1C、D，8和11腳，LM339主要做比較電路，Ic4001本身是一個(gè)多諧振蕩器振蕩出方波后再經(jīng)回授經(jīng)RT1和CT1做積分電路，此時(shí)方波變?nèi)遣ㄔ偎虸c1C、D的9腳和10腳，Ic的LM339的輸入正弦波和三角波的波形比較后得出PWM+的波形和PWM-的波形。
(己).電流放大驅(qū)動(dòng)電路電流放大驅(qū)動(dòng)電路示于圖9，其為一個(gè)簡(jiǎn)單的電流放大電路，主要作用是將PWM+或PWM-做電流放大，Q1和Q2的線路連接為一個(gè)達(dá)靈頓方式的電流放大器，本身不做GAIN增益放大只做電流放大，才能驅(qū)動(dòng)下一級(jí)的電橋電路。
III·103電路103電路圖示于圖10，此為一個(gè)穩(wěn)壓電路103，此電路輸入有二組，一組為AC-HIN和AC1、AC2，先從輸入AC-HIN來講AC-HIN輸入為一組AC12和OV輸入至D2，D2主要作用用來半波整流將AC12V半波整流再經(jīng)R1電阻限流使ZD2產(chǎn)生穩(wěn)定DC 6V左右，此6V電壓往二極管和Q4供應(yīng)偏壓，然后其中Q3和Q2會(huì)比較出使Q5和Q1 VB使Q9、Q8、Q7、Q6 IB電流上升使Q9、Q8、Q7、Q6內(nèi)阻下降使其輸出電壓提升以達(dá)到穩(wěn)壓作用，其中Q9、Q8、Q7、Q6是作用用來控制電流輸出的晶體管而Q5和Q1是用來驅(qū)動(dòng)Q9、Q8、Q7、Q6的控制晶體管，而VR2是用來輸出電壓的調(diào)整此電路，因穩(wěn)壓電路由AC-HIN來產(chǎn)生，而高的輸出電流25V DC由AC1和AC2輸入約AC 38V經(jīng)BD2的橋式的整可得到約50V DC再將由Q9、Q8、Q7、Q6來作電功輸出控制。輸出電壓大小由VR2來決定大小，大約調(diào)至25V DC，因它們的電池是24V所以調(diào)至約25V左右，而VR1是用來調(diào)整輸出的電流，電流大約10V左右可以然后輸出再經(jīng)D4、D5、D6、D7、D8獲得輸出，為什么要五個(gè)二極管并聯(lián)，因此電路設(shè)計(jì)D4至D8一個(gè)二極管約2A五個(gè)剛好等于10A，因?yàn)樗鼈円黄?03電路輸出為25V DC 10A左右才可達(dá)到供應(yīng)一片101電路的功率，方可輸出功率模塊。
(B)擴(kuò)充不斷電系統(tǒng)模塊擴(kuò)充不斷電系統(tǒng)模塊圖，示于圖11，此為101和102的線路方塊分析，然后101整個(gè)線路為一個(gè)單元化的模塊方塊，輸出再并聯(lián)可達(dá)到功率可模塊方式輸出，當(dāng)然相對(duì)的電源部分穩(wěn)壓方面也需要模塊一起配合101和103電路就可達(dá)成輸出功率，可模塊化的不斷電系統(tǒng)一片101電路為200W的功率。
權(quán)利要求
1.一種功率能輸出模塊化的不斷電系統(tǒng)，其包括單元不斷電系統(tǒng)與擴(kuò)充不斷電系統(tǒng)模塊，其特征在于單元不斷電系統(tǒng)是由一第一電路、一第二電路、一第三電路所組成，其中該一電路包括一用以產(chǎn)生一純正的DC電壓的DC變DC產(chǎn)生電路、一以供產(chǎn)生一正負(fù)的PWM波AC電壓的DC變AC電橋電路、一將該P(yáng)WM波AC電壓整形為正弦波的R/C低通濾波電路，以及一用以輸出保護(hù)的過載保護(hù)電路依序串聯(lián)連接所構(gòu)成；該第二電路包括一用以產(chǎn)生PWM+波形與PWM-波形的PWM產(chǎn)生電路以及一將該P(yáng)WM+或PWM-做電流放大的電流放大驅(qū)動(dòng)電路相互串接而成；該第三電路包括一穩(wěn)壓電路，而該第三電路輸入端與市用電源連接，輸出端與第一電路之電源輸入端連接，而第二電路為與第一電路的DC變AC電橋電路連接，擴(kuò)充不斷電系統(tǒng)模塊是以多塊單元不斷電系統(tǒng)相互并聯(lián)而擴(kuò)充輸出功率。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的功率能輸出模塊化的不斷電系統(tǒng)，其特征在于該DC變AC電橋電路是采用Ic來控制而無需輸出變壓器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的功率能輸出模塊化的不斷電系統(tǒng)，其特征在于該低通濾波器輸出近似正弦波。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種功率能輸出模塊化的不斷電系統(tǒng)，其是采用半導(dǎo)體MOSFET組來取代變壓器，因半導(dǎo)體MOSFET，其特性非常相近，不會(huì)有相位，阻抗及頻率被改變的影響，故可以達(dá)到無限次功率擴(kuò)充的目的。
文檔編號(hào)H02J7/00GK1162211SQ9610444
公開日1997年10月15日 申請(qǐng)日期1996年4月5日 優(yōu)先權(quán)日1996年4月5日
發(fā)明者陳松錦 申請(qǐng)人:陳松錦