一种启动系统辅源的电路和不间断电源系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型实施例提供了一种启动系统辅源的电路和不间断电源系统，用以解决现有的启动系统辅源的电路存在的一些弊端，现有电路中的一些器件直接采用市电整流后的信号，因此，在这些元器件选型时需要耐压比较高，从而增大了电路的成本的问题。本实用新型例提供的电路包括：整流电路，用于将接收到的交流市电电压转换为直流电压输出；所述第一分压器件与所述第二分压器件串联在所述整流电路的两个输出端之间；控制电路，用于在第二分压器件的电压满足控制电路设定的条件后，控制由控制电路和触发电路串联组成的支路导通，所述支路与所述第二分压器件并联；触发电路，用于在由控制电路和触发电路串联组成的支路导通后，触发系统辅源启动。
【专利说明】一种启动系统辅源的电路和不间断电源系统
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及电力电子【技术领域】，尤其涉及一种启动系统辅源的电路和不间断电源系统。
【背景技术】
[0002]不间断电源系统(UPS, Uninterruptible Power Supply)需要具备在电池放电终止后且市电恢复时能自动启动系统辅源的功能，所谓系统辅源是一个相对独立的单元电路，它的功能是为整个UPS系统供电，对于挂接市电充电器的UPS来说，该市电充电器即可完成市电恢复后自动启动系统辅源的功能；而对于没有挂接市电充电器的UPS来说，则需要一个市电触发电路来完成市电恢复后自动启动系统辅源的功能，常用的启动系统辅源电路的结构如图1所示。在图1所示的电路中，半波整流二极管Dl对接收到的市电信号进行整流，其中，IN_L为火线信号，IN_N为零线信号。电阻R1、电阻R2、稳压二极管D2、稳压二极管D3、电阻R6支路将前级信号进行分压，再通过三极管Ql控制光耦合器Ul的导通和关断，光耦合器Ul的副边连接系统辅源的启动电路。
[0003]在图1所示的电路中，由于三极管Ql以及光耦合器Ul的输入采用市电整流后的信号，因此，电阻R1、电阻R2、电阻R3和电阻R4需要4个2W功率级的电阻，电路损耗较大、效率较低；另外，由于直接采用市电整流后的信号，这需要两只51V/1W的稳压二极管串联设置启动阈值点，高压稳压二极管的使用增加了电路的成本；另外，由于三极管Ql需要承受市电最高电压，而在市电输入有正向浪涌电压时，三极管Ql需要全部承受，此时，三极管Ql的失效概率将大大增加，为了降低三极管Ql失效的概率，通常在三极管Ql的选型上需要远高于按照市电输入电压来选型。
[0004]综上所述，目前的启动系统辅源的电路，由于电路中的三极管、光耦合器以及稳压二极管直接采用市电整流后的信号，因此，在这些元器件选型时需要耐压比较高，这增大了电路的成本。
实用新型内容
[0005]本实用新型实施例提供了一种启动系统辅源的电路和不间断电源系统，用以解决现有的启动系统辅源的电路中由于三极管、光耦合器以及稳压二极管直接采用市电整流后的信号而造成这些元器件选型时需要耐压比较高引起电路的成本高的问题。
[0006]基于上述问题，本实用新型实施例提供的一种启动系统辅源的电路，包括整流电路、第一分压器件、第二分压器件、控制电路和触发电路；所述第一分压器件与所述第二分压器件串联在所述整流电路的两个输出端之间；
[0007]所述整流电路，用于将接收到的交流市电电压转换为直流电压输出；
[0008]所述控制电路，用于在所述第二分压器件的电压满足所述控制电路设定的条件后，控制由所述控制电路和触发电路串联组成的支路导通，所述支路与所述第二分压器件并联；[0009]所述触发电路，用于在由所述控制电路和触发电路串联组成的支路导通后，触发系统辅源启动。
[0010]本实用新型实施例提供的一种不间断电源系统，包括本实用新型实施例提供的启动系统辅源的电路。
[0011]本实用新型实施例的有益效果包括:
[0012]本实用新型实施例提供的启动系统辅源的电路，通过控制电路和触发电路控制系统辅源是否启动，由于控制电路和触发电路串联组成的支路与第二分压器件并联，因此，控制电路和触发电路所承受的电压不大于第二分压器件两端的电压，由于第一分压器件和第二分压器件串联在整流电路的两个输出端之间，也就是说，第一分压器件两端的电压与第二分压器件两端的电压之和等于市电整流后的电压，因此，第二分压器件两端的电压小于市电整流后的电压，因此，相比于现有的启动系统辅源的电路，控制电路和触发电路中的元器件承受的电压较低，也就是说，在选型时，可以选用耐压低一些的元器件，从而降低电路的成本。
【专利附图】
【附图说明】
[0013]图1为现有技术中的启动系统辅源的电路的示意图；
[0014]图2为本实用新型实施例提供的启动系统辅源的电路之一的示意图；
[0015]图3a-图3d为本实用新型实施例提供的启动系统辅源的电路中的控制电路包括稳压二极管、触发电路为光耦合器且整流电路采用不同形式时的电路的示意图；
[0016]图4a-图4d为本实用新型实施例提供的启动系统辅源的电路中的控制电路包括稳压二极管、触发电路为继电器且整流电路采用不同形式时的电路的示意图；
[0017]图5a-图5d为本实用新型实施例提供的启动系统辅源的电路中的控制电路包括NPN型三极管、触发电路为光耦合器且整流电路采用不同形式时的电路的示意图；
[0018]图6a-图6d为本实用新型实施例提供的启动系统辅源的电路中的控制电路包括PNP型三极管、触发电路为光耦合器且整流电路采用不同形式时的电路的示意图；
[0019]图7a-图7d为本实用新型实施例提供的启动系统辅源的电路中的控制电路包括稳压二极管、触发电路为串联的多个光耦合器且整流电路采用不同形式时的电路的示意图。
【具体实施方式】
[0020]本实用新型实施例提供的启动系统辅源的电路，由于控制电路和触发电路所承受的电压是第二分压器件两端的电压，低于市电整流后的电压，因此，相比于现有的启动系统辅源的电路，控制电路和触发电路中的元器件承受的电压较低，因此在选型时，可以选用耐压低一些的元器件，从而降低电路的成本。
[0021]下面结合说明书附图，对本实用新型实施例提供的一种启动系统辅源的电路和不间断电源系统的【具体实施方式】进行说明。
[0022]本实用新型实施例提供的一种启动系统辅源的电路，如图2所示，包括整流电路21、第一分压器件22、第二分压器件23、控制电路24和触发电路25 ;第一分压器件22与第二分压器件23串联在整流电路21的两个输出端之间；[0023]整流电路21，用于将接收到的交流市电电压转换为直流电压输出；
[0024]第一分压器件22和第二分压器件23，用于对整流电路21输出的直流电压进行分压，其中，第一分压器件22两端的电压与第二分压器件23两端的电压之和等于整流电路21输出的直流电压；
[0025]控制电路24，用于在第二分压器件22的电压满足控制电路24设定的条件后，控制由控制电路24和触发电路25串联组成的支路导通；由控制电路24和触发电路25串联组成的支路与第二分压器件23并联；
[0026]触发电路25，用于在由控制电路24和触发电路25串联组成的支路导通后，触发系统辅源启动，即触发系统辅源的启动电路26导通。
[0027]—般来说，连续几百个脉冲就可以触发系统辅源启动，在系统辅源启动之后，还会收到脉冲信号，但此时，脉冲信号不再起作用。
[0028]进一步地，本实用新型实施例提供的启动系统辅源的电路中的第一分压器件可以为第一电阻单元，第二分压器件可以包括第二电阻单元。其中第一电阻单元可以由多个电阻串并联构成，或者只有一个电阻，第二电阻单元可以由多个电阻串并联，或者只有一个电阻。
[0029]较佳地，第二分压器件的两端可以并联电容，用于对第二分压器件两端的电压进行滤波。
[0030]进一步地，本实用新型实施例提供的启动系统辅源的电路中的整流电路包括至少两个半波整流二极管，这些半波整流二极管串联，或者，整流电路也可以采用全桥整流电路。
[0031]进一步地，控制电路包括稳压二极管，该稳压二极管在第二分压器件两端的电压大于自身的反向击穿电压时，控制由该控制电路和触发电路串联组成的支路导通。当控制电路包括稳压二极管时，第二分压器件可以由多个电阻串并联构成，也可以由一个电阻构成。
[0032]当控制电路包括稳压二极管时，本实用新型实施例提供的启动系统辅源的电路可以采用图3a所示的电路。在图3a所示的电路中，第一电阻单元为第一电阻R1，第二电阻单元为第二电阻R2 ;第一电容Cl用于对第二电阻R2两端的电压进行滤波，第一电容Cl可以有，也可以没有；触发电路仅包括一个第一光稱合器Ul,其中，第三电阻R3并联在第一光率禹合器Ul的输入端,用于保护第一光I禹合器Ul的输入端,第三电阻R3可以有,也可以没有；控制电路为一个稳压二极管，第三二极管D3;整流电路包括两个半波整流二极管，第一二极管Dl和第二二极管D2。
[0033]在图3a所示的电路中，IN_L为市电的火线信号，IN_N为市电的零线信号，当第一电阻Rl与第二电阻R2的比值为3:1，第三二极管D3的反向击穿电压为18V时，在市电正半周时第一二极管D1、第二二极管D2导通，当市电电压瞬时值超过72Vac时，第二电阻R2两端的电压恰好为18V，即第三二极管D3开始流过反向电流，第一光耦合器Ul中的发光二极管开始发光，驱动第一光耦合器Ul中的光敏三极管导通，此时系统辅源的启动电路两端的电压分别为电池正电压VBAT+和电池负电压VBAT-，从而为系统辅源的启动电路提供启动电流，完成系统辅源的启动；当市电电压瞬时值不超过72Vac时，第二电阻R2两端的电压不大于18V，即第三二极管D3未被反向击穿，第三二极管D3不会流过反向电流，第一光耦合器Ul中的发光二极管不会发光，第一光耦合器Ul中的光敏三极管截止，不能为系统辅源的启动电路提供启动电流，系统辅源不能启动；在市电负半周时第一二极管Dl和第二二极管D2反向截至，该电路不工作。
[0034]在图3a所示的电路中，当第一电阻Rl与第二电阻R2的比值为3:1，按照市电最高压300Vac计算，损耗最大的器件是第一电阻R1，其承担了正半周约3/4的市电电压，其损耗计算为:P (RD= (0.7*300V)2/30kohm=l.47W，按照50%的功率降额可选取额定功率为3W的电阻。第三二极管D3的反向击穿电压Vth的最大值为:Vth_max=300V*l.414*0.25=106V。第一光耦合器Ul原边导通压降典型值为1.2V，流经第三二极管D3的电流主要通过第一光耦合器Ul形成回路，R2、R3的分流很小近似计算时忽略，则第三二极管D3的最大反向击穿电流为(300V*1.414-19.2V) /30kohm=13.5mA，使用IW的稳压管能长期可靠工作。
[0035]由于图3a所示的电路要挂接于市电，因此需要考虑来自电网的浪涌冲击，在模拟测试中，在市电电压上叠加一个浪涌测试信号，使得市电信号的峰值电压达到1300V左右，因此，当市电处于负半周时第一二极管Dl和第二二极管D2承受反压截止，各自承担一半的输入峰值电压(约650V)，这样对于每只额定电压为1200V的二极管是非常安全的。
[0036]图3a所示的电路由于有第一电阻Rl和第二电阻R2组成的分压网络，因此，相比图1所示的电路，减少了 3个2W的电阻，降低了损耗，减小PCB面积；整流部分采用2只1000V 二极管串联，大大提高了抗浪涌能力，增强了运行可靠性；并且只需要一个18V/1W的稳压管即可完成阈值设置(该阈值为系统辅源启动的电压)；因此，图3a所示的电路具有更高的可靠性及更低廉的成本。
[0037]如果启动系统辅源的电路要在市电的负半周期工作，那么要采用图3b的连接方式。图3a与图3b的区别在于第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3以及第一光耦合器Ul中的发光二极管的连接方式不同。
[0038]图3a和图3b中的由第一二极管Dl和第二二极管D2组成的整流电路还可以由全桥整流电路来代替，从而使启动系统辅源的电路在市电的正半周期和市电的负半周期都能够工作。当图3a中由第一二极管Dl和第二二极管D2组成的整流电路替换为全桥整流电路后，如图3c所示。当图3b中由第一二极管Dl和第二二极管D2组成的整流电路替换为全桥整流电路后，如图3d所示。
[0039]进一步地，图3a、图3b、图3c、图3d中的触发电路，即第一光耦合器Ul都可以由继电器来替代。图3a中的第一光耦合器Ul用第一继电器RLYl替代后，如图4a所示；图3b中的第一光耦合器Ul用第一继电器RLYl替代后，如图4b所示；图3c中的第一光耦合器Ul用第一继电器RLYl替代后，如图4c所示；图3d中的第一光耦合器Ul用第一继电器RLYl替代后，如图4d所示。在图4a-图4d中，第一继电器RLYl中的线圈与第三二极管D3串联后，与第二电阻R2并联，第一继电器RLYl中的触点连接在电池正极VBAT+与系统辅源的启动电路之间(第一继电器RLYl中的触点也可以连接在电池负极VBAT-与系统辅源的启动电路之间)。在图4a_图4d中,第一电容Cl和第二电阻R3都可以去掉。
[0040]进一步地，控制电路包括三极管，该三极管在第二分压器件上的一点的电压大于阈值电压时，控制由该控制电路和触发电路串联组成的支路导通。当控制电路包括三极管时，第二分压器件可以由两个电阻串联而成，也可以由两个电阻串联之后再与一个电阻并联而构成。下面以第二分压器件由两个电阻串联之后再与一个电阻并联而构成为例进行说明。
[0041]当控制电路包括三极管时，本实用新型实施例提供的启动系统辅源的电路如图5a所示。在图5a所示的电路中，第一电阻单元为第四电阻R4，第二电阻单元为第五电阻R5、第六电阻R6和第七电阻R7 ;第二电容C2用于对第五电阻R5两端的电压进行滤波，第二电容C2可以有，也可以没有；触发电路仅包括一个第二光耦合器U2 ;控制电路包括第一三极管Ql和第八电阻R8 ;第一三极管Ql的基极连接第二分压器件上的一点，即连接第六电阻R6与第七电阻R7相连的连接点，整流电路包括两个半波整流二极管，第一二极管Dl和第二二极管D2。第一三极管Ql的集电极和发射极与第八电阻R8、第二光耦合器U2中的发光二极管串联后，并联在第二电阻单元的两端。
[0042]在图5a所示的电路中，IN_L为市电的火线信号，IN_N为市电的零线信号，在市电正半周时第四二极管D4、第五二极管D5导通，当市电电压瞬时值超过阈值电压时，第一三极管Ql的基极电压与其发射极的电压差大于该三极管的开启电压，第一三极管Ql导通，第二光耦合器U2中的发光二极管开始发光，驱动第二光耦合器U2中的光敏三极管导通，此时系统辅源的启动电路两端的电压分别为电池正电压VBAT+和电池负电压VBAT-，从而为系统辅源的启动电路提供启动电流，完成系统辅源的启动；当市电电压瞬时值不超过阈值电压时，第一三极管Ql的基极电压与其发射极的电压差不大于该三极管的开启电压，第一三极管Ql截止，第二光耦合器U2中的发光二极管不会发光，第二光耦合器U2中的光敏三极管截止，不能为系统辅源的启动电路提供启动电流，系统辅源不能启动；在市电负半周时第一二极管Dl和第二二极管D2反向截至，该电路不工作。
[0043]如果启动系统辅源的电路要在市电的负半周期工作，那么要采用图5b的连接方式。图5a与图5b的区别在于第四二极管D4、第五二极管D5、第一三极管Ql以及第二光耦合器U2中的发光二极管的连接方式不同。
[0044]图5a和图5b中的由第四二极管D4和第五二极管D5组成的整流电路还可以由全桥整流电路来代替，从而使启动系统辅源的电路在市电的正半周期和市电的负半周期都能够工作。当图5a中由第四二极管D4和第五二极管D5组成的整流电路替换为全桥整流电路后，如图5c所示。当图5b中由第四二极管D4和第五二极管D5组成的整流电路替换为全桥整流电路后，如图5d所示。
[0045]进一步地，图5a_图5d中的第一三极管Ql可以由NPN型替换为PNP型。图5a中的第一三极管Ql由NPN型替换为PNP型后，其连接关系如图6a所示；图5b中的第一三极管Ql由NPN型替换为PNP型后，其连接关系如图6b所示；图5c中的第一三极管Ql由NPN型替换为PNP型后，其连接关系如图6c所示；图5(1中的第一三极管Ql由NPN型替换为PNP型后，其连接关系如图6d所示。
[0046]进一步地，图5a-图6d中的触发电路，即第二光耦合器U2都可以由继电器来替代。在图5a-图6d中，第二电容C2可以去掉。
[0047]进一步地，当为系统辅源的启动电路供电的电池的电压过高,即图2中的VBAT+与VBAT-之差过大时，本实用新型实施例提供的启动系统辅源的电路中的触发电路还可以包括多个光耦合器，每个光耦合器的发光二极管串联，每个光耦合器中的光敏三极管串联；在由控制电路和触发电路串联组成的支路导通时，每个光耦合器中的发光二极管发光，驱动自身中的光敏三极管导通，触发系统辅源启动。也就是说，图3a-图3d中的第一光耦合器Ul可以由串联的多个光耦合器来替代。
[0048]若控制电路包括稳压二极管，则本实用新型实施例提供的启动系统辅源的电路中的触发电路采用多个串联的光耦合器时，如图7a-图7d所示。在图7a中，IN_L*市电的火线信号，IN_N为市电的零线信号，当第九电阻R9与第十电阻RlO的比值为3:1，第八二极管D8的反向击穿电压为18V时，在市电正半周时第六二极管D6、第七二极管D7导通，当市电电压瞬时值超过72Vac时，第十电阻RlO两端的电压恰好为18V，即第八二极管D8开始流过反向电流，第31光耦合器U31中的发光二极管至第3n光耦合器中的发光二极管开始发光，分别驱动其所在的光耦合器中的光敏三极管导通，此时系统辅源的启动电路两端的电压分别为电池正电压VBAT+和电池负电压VBAT-，从而为系统辅源的启动电路提供启动电流，完成系统辅源的启动；当市电电压瞬时值不超过72Vac时，第十电阻RlO两端的电压不大于18V，即第八二极管D8未被反向击穿，第八二极管D8不会流过反向电流，第31光耦合器U31中的发光二极管至第3n光耦合器中的发光二极管不会发光，其所在的光耦合器中的光敏三极管截止，不能为系统辅源的启动电路提供启动电流，系统辅源不能启动；在市电负半周时第一二极管Dl和第二二极管D2反向截至，该电路不工作。
[0049]如果光耦合器的耐压为80V，而VBAT+与VBAT-之差小于60Vdc时，则触发电路中可以仅包括一个光耦合器，而VBAT+与VBAT-之差小于120Vdc时，触发电路中需要包括串联的两个光耦合器，而VBAT+与VBAT-之差更大时，则触发电路中需要包括串联的多个光耦合器。
[0050]因此，图7a所示的电路与图3a所示的电路的工作原理相同，均只在市电的正半周期工作，图7b所示的电路与图3b所示的电路的工作原理相同，均只在市电的负半周期工作，图7c所示的电路与图3c所示的电路的工作原理相同，既可以在市电的正半周期工作，也可以在市电的负半周期工作，图7d所示的电路与图3d所示的电路的工作原理相同，既可以在市电的正半周期工作，也可以在市电的负半周期工作。
[0051]在图7a_图7d中，每个光耦合器中的光敏三极管的两端并联的电容是起到均压的作用，即这些电容会使得每个光耦合器中的光敏三极管的两端的电压相等。如果触发电路中串联的光耦合器的个数较少时，每个光耦合器中的光敏三极管的两端可以不并联用于均压的电容。
[0052]若控制电路包括三极管，则本实用新型实施例提供的启动系统辅源的电路中的触发电路采用多个串联的光耦合器时，其连接关系图与图5a_图6d类似，只需要将图5a_图6d中的单个的光耦合器替换为串联的多个光耦合器即可，如果串联的光耦合器的数目较多时，还可以在光耦合器中的光敏三极管的两端并联均压电容，使得串联的各个光耦合器的输出端(各个光耦合器中的光敏三极管的两端)的电压相等。
[0053]本领域技术人员可以理解附图只是一个优选实施例的示意图，附图中的模块或流程并不一定是实施本实用新型所必须的。
[0054]本领域技术人员可以理解实施例中的装置中的模块可以按照实施例描述进行分布于实施例的装置中，也可以进行相应变化位于不同于本实施例的一个或多个装置中。上述实施例的模块可以合并为一个模块，也可以进一步拆分成多个子模块。
[0055]上述本实用新型实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。
[0056]显然，本领域的技术人员可以对本实用新型进行各种改动和变型而不脱离本实用新型的精神和范围。这样，倘若本实用新型的这些修改和变型属于本实用新型权利要求及其等同技术的范围之内，则本实用新型也意图包含这些改动和变型在内。
【权利要求】
1.一种启动系统辅源的电路，其特征在于，包括整流电路、第一分压器件、第二分压器件、控制电路和触发电路；所述第一分压器件与所述第二分压器件串联在所述整流电路的两个输出端之间； 所述整流电路，用于将接收到的交流市电电压转换为直流电压输出； 所述控制电路，用于在所述第二分压器件的电压满足所述控制电路设定的条件后，控制由所述控制电路和触发电路串联组成的支路导通，所述支路与所述第二分压器件并联； 所述触发电路，用于在由所述控制电路和触发电路串联组成的支路导通后，触发系统辅源启动。
2.如权利要求1所述的电路，其特征在于，所述第一分压器件为第一电阻单元，所述第二分压器件包括第二电阻单元。
3.如权利要求1所述的电路，其特征在于，所述控制电路包括稳压二极管，所述稳压二极管在第二分压器件两端的电压大于自身的反向击穿电压时，控制由所述控制电路和所述触发电路串联组成的支路导通。
4.如权利要求1所述的电路，其特征在于，所述控制电路包括三极管，所述三极管在第二分压器件上的一点的电压大于阈值电压时，控制由所述控制电路和所述触发电路串联组成的支路导通。
5.如权利要求1所述的电路，其特征在于，所述触发电路包括至少一个光耦合器，每个光耦合器的发光二极管串联，每个光耦合器中的光敏三极管串联； 每个光耦合器，用于在由所述控制电路和触发电路串联组成的支路导通时，自身中的发光二极管发光，驱动自身中的光敏三极管导通，触发系统辅源启动。
6.如权利要求1所述的电路，其特征在于，所述触发电路包括继电器； 所述继电器，用于在由所述控制电路和触发电路串联组成的支路导通时，自身中的线圈通电,驱动自身中的触点闭合,触发系统辅源启动。
7.如权利要求1所述的电路，其特征在于，所述整流电路包括至少两个半波整流二极管，所述至少两个半波整流二极管串联。
8.如权利要求1所述的电路，其特征在于，所述整流电路为全桥整流电路。
9.一种不间断电源系统，其特征在于，包括如权利要求1?8任一所述的启动系统辅源的电路。
【文档编号】H02M1/36GK203590012SQ201320733056
【公开日】2014年5月7日 申请日期:2013年11月19日 优先权日:2013年11月19日
【发明者】刘春阳 申请人:艾默生网络能源有限公司