專利名稱:不間斷供電裝置的制作方法
本實用新型是一種供電裝置，更具體地說，涉及一種無切換時間的不間斷供電裝置。
隨著電子技術(shù)的發(fā)展，各種類型的電子技術(shù)已在各個領(lǐng)域中得到廣泛應(yīng)用。同時，對供電裝置的要求也愈來愈高，除對電壓、頻率、波形等要求較高外，很大一部分連續(xù)工作的裝置，則要求供電不得中斷。例如，電網(wǎng)突然停電，將使正在運轉(zhuǎn)的電子計算機(jī)工作中斷，或者造成對連續(xù)生產(chǎn)過程的失控而引起重大事故；或者使通風(fēng)系統(tǒng)癱瘓；或者使隧道、機(jī)場的照明及導(dǎo)航中斷等，這有時會導(dǎo)致嚴(yán)重的甚至不堪設(shè)想的后果。電網(wǎng)電壓的波動、供電線路的瞬間電振蕩、電壓波形的畸變及各種電噪聲的干擾等，如果超過了充放的范圍，也會影響重要設(shè)備穩(wěn)定可靠的連續(xù)運轉(zhuǎn)。
為了滿足上述要求，各種不間斷供電系統(tǒng)(簡稱UPS)應(yīng)運而生并得到廣泛地應(yīng)用。比如，美國NOVA的SuPER NO A12－8050－1型、TOPAZ的POWERMAKER和ELGAR的SPR350已滿足了部份設(shè)備和儀器的要求。但是，由于這些UPS仍存在著切換時間或波形的問題，所以大大縮小了UPS的應(yīng)用范圍。芬蘭ICA公司的UPS800不間斷供電系統(tǒng)(“國際經(jīng)貿(mào)消息”1986.9.14)克服了上述缺點。該系統(tǒng)的主要技術(shù)特征是將電網(wǎng)交流電通過AC／DC變換器變成直流電，經(jīng)DC／DC隔離變換器由DC／AC逆變器再變換成220伏、50HZ的交流電供給負(fù)載；當(dāng)電網(wǎng)電壓正常時，在給負(fù)載供電的同時，經(jīng)AC／DC變換器獲得直流、通過DC／DC變換器對蓄電池組充電；當(dāng)電網(wǎng)電壓不足或斷電時，蓄電池組經(jīng)由DC／DC變換器、DC／DC隔離變換器、DC／AC逆變器對負(fù)載供電。該系統(tǒng)在國內(nèi)試用的結(jié)果表明正常開機(jī)可靠性差。此外，該產(chǎn)品的電子元器件主要來來自日本、意大利和美國。
本實用新型的目的在于開發(fā)一種開機(jī)可靠性高、電子元器件可選范范圍廣、高效輕便的不間斷供電裝置。
本實用新型的主要技術(shù)構(gòu)思是采用高頻合成技術(shù)并在控制器與PWM電壓調(diào)節(jié)器之間設(shè)置慢啟動器。
圖1是本實用新型供電裝置的原理框圖。
圖2為組合開關(guān)單元電路圖。
圖3是DC／AC逆變器原理框圖。
圖4是驅(qū)動器電路原理圖。
圖5是慢啟動過程控制線路原理圖。
本實用新型的實施方案及作用方式結(jié)合如下如圖1所示，電網(wǎng)交流電通過電源濾波器(1－1)濾出雜波干擾信號，由AC／DC變換器(1－2)變換成直流電，經(jīng)PWM電壓調(diào)節(jié)器(1－3)，入DC／DC隔離變換器(1－4)，再由DC／AC逆變器(1－5)變成220伏、50HZ的交流電)，經(jīng)輸出濾波器(1－6)供給負(fù)載；當(dāng)電網(wǎng)電壓正常時，從B點經(jīng)PWM充電器(1－12)對蓄電池組(1－7)充電；當(dāng)電網(wǎng)電壓不足或斷電時，蓄電池組(1－7)經(jīng)DC／DC升壓變換器(1－8)至B點，再由(1－3)、(1－4)、(1－5)、(1－6)、對負(fù)載供電；控制器(1－10)的輸入信號來自B點，(1－4)、(1－7)并輸出控制信號控制(1－3)、(1－4)、(1－5)、(1－8)、報警器(1－11)、(1－12)，本實用新型的特征在于所述的DC／AC逆變器(1－5)采用高頻合成技術(shù)。
如圖1所示，所說的(1－3)、(1－4)、(1－5)、(1－8)采用功率MOS管和晶體管相結(jié)合的開關(guān)單元，工作在開關(guān)狀態(tài)，自身功耗很小，使得本裝置的高效率有了基礎(chǔ)。
如圖2所示，所說的開關(guān)單元由功率MOS管T1和T3、功率開關(guān)晶體管T2以及相應(yīng)的電阻、電容和二極管所構(gòu)成。它們的參數(shù)應(yīng)根據(jù)不同國家和地區(qū)的電壓值和本裝置的功率值來確定。為了提高效率，必須用很小的功率來可靠地控制開關(guān)單元的開與關(guān)，又要求受高壓，又要高速響應(yīng)，而從目前能得到的器件(不論國內(nèi)外市場)來講，功率MOS管具有控制功率小，(即輸入阻抗高)，響應(yīng)快，但功率小(導(dǎo)通電流小)的特點，而功率晶體管具有功率大(導(dǎo)通電流大)，但控制功率大(輸入阻抗低)、響應(yīng)速度慢的特點，二者組合起來，可以揚長避短，構(gòu)成新型開關(guān)單元。
圖1所說的DC／AC逆變器(1－5)如圖3所示，由高頻載波信號發(fā)生器(3－1)產(chǎn)生高頻脈沖信號，由工頻信號發(fā)生器(3－5)產(chǎn)生正弦波信號，高頻脈沖信號經(jīng)調(diào)制合成器(3－2)被工頻信號調(diào)制合成為脈沖寬度隨正弦變化的脈沖序列，輸入到驅(qū)動器(3－3)的輸入端，驅(qū)動器(3－3)又把來自(1－4)的高電壓直流電變換成寬度隨正弦變化的高壓脈沖序列，經(jīng)解調(diào)器(3－4)被解調(diào)成工頻電壓，供給負(fù)載。
圖3所說的驅(qū)動器(3－3)如圖4所示，其中K1－K4為組合開關(guān)單元。K2和K3導(dǎo)通時，K1和K4就截止，反之亦然。K2和K3的控制端為N′，K1和K4的控制端為N，N和N′的信號來自圖3的(3－2)，M和M′輸出到圖3的(3－4)經(jīng)解調(diào)后就獲得工頻電壓。電壓源E等效于來自(1－4)的直流高壓。而其中的K1－K4都工作在開關(guān)狀態(tài)，自身功耕很小，從而為高效率奠定了基礎(chǔ)。同時，由于具有換向作用，就去掉了笨重的工頻變壓器，減輕了本裝置的重量，縮小了其體積，這是高頻合成技術(shù)的主要優(yōu)點之一。
如圖1所示，在(1－3)、和(1－10)之間設(shè)置慢啟動器(1－9)。
如圖5所示，所述的慢啟動過程控制線路由(1－3)、(1－4)和(1－9)構(gòu)成，其中(1－3)由組合開關(guān)單元K5、電感L1、電解C1和二極管D1構(gòu)成串聯(lián)開關(guān)電源；取樣變壓器B2，全橋整流器D3～D6及脈沖寬度調(diào)制器PWM構(gòu)成取樣調(diào)節(jié)電路路。其中(1－4)由二組組合開關(guān)單元K6和K7構(gòu)成推挽功率電路以及高頻變壓器B1和全橋整流D7～D10構(gòu)成。所述的慢啟動控制器(1－9)是由電壓比較器IC1、等效的“與”門IC2、D2以及由R和C2組成的RC電路所構(gòu)成。在啟動時，來自(1－10)的高電平加在Y點，電流經(jīng)電阻R向電容C2充電。Z點電壓UZ＝UY(1－－t／RC)，其中UY為Y點的高電平，把UZ輸入到IC1的“＋”端，同時由控制器(1－10)產(chǎn)生的鋸齒波在X點加在IC1的“－”端，在IC1的輸出端就得到脈寬為τ＝τ0·UZ／UX(UZ≤UX)的脈沖序列，其中τ0近似于鋸齒波的周期，UX為鋸齒波的幅度。啟動時，UZ的電壓逐漸升高，隨之輸出端的脈沖寬度逐漸增加。慢啟動過程結(jié)束后，輸出電壓UZ為高電平。U4為U2和U3的“與”信號，這就保證了啟動時脈沖序列由窄逐漸變寬，而變化的時間可通過調(diào)節(jié)R和C2來確定，從而確保了組合開關(guān)單元無過壓現(xiàn)象，確保了本機(jī)啟動時可靠性，擴(kuò)大了元器件的可選范圍。
設(shè)置慢啟動控制器(1－9)的理論根據(jù)是B點的高壓(200－350伏)經(jīng)串聯(lián)開關(guān)電源加至高頻變壓器B1輸入端的中心抽頭。由串聯(lián)開關(guān)電源的公式可知，輸入電壓U1和輸出電壓U0的關(guān)系為U0＝U1δ，其中，δ＝Ton／T(Ton為組合開關(guān)單元的導(dǎo)通時間，T為脈沖的周期)。開機(jī)即加在截止組合單元上的電壓V＞2Uo＝2Ui＝400～700伏，組合開關(guān)單元采用的功率MOS管(TP4N50)的最高耐壓為500伏，所以開機(jī)的瞬間會被擊穿。采用所述的慢啟動控制線路后，(1－9)中IC1輸出的脈沖序列與所述的取樣調(diào)節(jié)環(huán)輸出信號，通過“與”的關(guān)系后加至K5的控制端，在開機(jī)時，脈沖很窄，K5的導(dǎo)通時間Ton很小，δ＝Ton／T就很小，所以Uo＝Uiδ就很?。划?dāng)本機(jī)進(jìn)入穩(wěn)態(tài)后，所述取樣調(diào)節(jié)環(huán)路的取樣電壓建立后，就恢復(fù)其控制精度和響應(yīng)速度。
本供電裝置可用于微型電子計算機(jī)，辦公室自動化，現(xiàn)金收入記錄機(jī)和分銷點系統(tǒng)，研究用設(shè)備，保安隊出入通道控制和工作記錄系統(tǒng)，數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)，電子控制的銀行和電話設(shè)備等。
本裝置應(yīng)用于微機(jī)及其他設(shè)備的測試結(jié)果表明，本裝置無切換時間，運行時無令人厭煩的噪音，輸入交流電壓可為198～242伏，頻率可為45～440HZ，50HZ一個周期中瞬時可承受的最大功率為2KW，電能轉(zhuǎn)換效率為80％以上，輸出電壓的穩(wěn)定度為220伏±2％，頻率穩(wěn)定度為50HZ±0.005％，失真度小于5％(THD)。此外，可選用國內(nèi)外各種元器件互相代換，不僅不影響整機(jī)的穩(wěn)定可靠，而且安裝、維修、使用方便，體積小，重量輕，便于攜帶。特別是采用慢啟動控制線路后，開機(jī)非常安全可靠。
權(quán)利要求
1.一種不間斷供電裝置，它包括電網(wǎng)交流電通過電源濾波器(1-1)由AC/DC變換器(1-2)變換成直流電，經(jīng)PWM電壓調(diào)節(jié)器(1-3)入DC/DC隔離變換器(1-4)，再由DC/AC逆變器(1-5)變成220伏、50HZ的交流電經(jīng)輸出濾波器(1-6)供給負(fù)載；當(dāng)電網(wǎng)電壓正常時，從B點經(jīng)PWM充電器(1-12)對蓄電池組(1-7)充電；當(dāng)電網(wǎng)電壓不足或斷電時，蓄電池組(1-7)經(jīng)DC/DC升壓變換器(1-8)至B點，再由(1-3)、(1-4)、(1-5)、(1-6)對負(fù)載供電；控制器(1-10)的輸入信號來自B點、(1-4)、(1-7)並輸出控制信號控制(1-3)、(1-4)、(1-5)、(1-8)、(1-11)、(1-12)，所說的逆變器(1-5)由高頻載波信號發(fā)生器(3-1)產(chǎn)生高頻脈沖信號，由工頻調(diào)制信號發(fā)生器(3-4)產(chǎn)生正弦波信號，高頻脈沖信號經(jīng)調(diào)制合成器(3-2)被工頻信號調(diào)制合成為脈沖寬度隨正弦波變化的脈沖序列輸入到驅(qū)動器(3-3)的輸入端，驅(qū)動器(3-3)又把高壓直流電變換成寬度隨正弦變化的高壓脈沖，經(jīng)解調(diào)器(3-1)被解調(diào)成工頻電壓供給負(fù)載，本實用新型特征是在(1-3)、和(1-10)之間設(shè)置慢啟動器(1-9)，所述的慢啟動過程控制線路由(1-3)、(1-4)和(1-9)構(gòu)成；-(1-3)由組合開關(guān)單元K5、電感L1、電解電容C1和二極管D1構(gòu)成串聯(lián)開關(guān)電源，取樣變壓器B2、全橋整流器D3～D6及脈沖寬度調(diào)制器PWM組成的取樣調(diào)節(jié)電路所構(gòu)成；-(1-4)由二組組合開關(guān)單元K6和K7構(gòu)成推挽功率電路以及高頻變壓器B1和全橋整流D7-D10構(gòu)成；-(1-9)由電壓比較器IC1、等效的“與”門IC2、D2以及由R和C2組成的RC電路所構(gòu)成；啟動時，來自(1-10)的高電平加在Y點，電流經(jīng)電阻R向電容C充電，Z點電壓UZ=UY(1-e-t/RC)，其中UY為Y點的高電平，把UZ輸入到IC1的“+”端，同時由控制器(1-10)產(chǎn)生的鋸齒波在X點加在IC1的“-”端，在IC1的輸出端得到脈寬為τ=0(UZ)/(UX) (UZ≤Ux)的脈沖序列，其中τ0近似于鋸齒波的周期，UX為鋸齒波的幅度，啟動時，UZ的電壓逐漸升高，隨之輸出端的脈沖寬度也逐漸增加，慢啟動過程結(jié)束后，輸出電壓U3為高電平，U4為U2和U3的“與”信號。
專利摘要
本實用新型介紹了一種無切換時間的不間斷供電裝置。本裝置采用高頻合成技術(shù)，主要由AC/DC變換器(1-2)、PWM電壓調(diào)節(jié)器(1-3)、慢啟動控制器(1-9)、DC/DC隔離直流變換器(1-4)、DC/AC逆變器(1-5)、PWM充電器(1-12)、DC/DC升壓變換器(1-8)、控制器(1-10)及蓄電池組(1-7)構(gòu)成。本裝置的優(yōu)點是無切換時間，無噪音，交流輸入允許波動范圍大，單相交流輸出穩(wěn)定可靠，效率高，失真小，元器件的可選范圍廣。特別是增加了慢啟動控制器后，使本裝置開機(jī)運行時更加安全可靠。
文檔編號H02J7/00GK87200105SQ87200105
公開日1988年2月24日 申請日期1987年1月10日
發(fā)明者郁開發(fā), 沈來申, 曹雪泳, 張家平, 胡乙鋼 申請人:郁開發(fā)導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan