专利名称：一种ups的交直流隔离控制电路的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及电源技术领域，尤其涉及不间断电源(UPS)的交直流隔离技术领 域。
背景技术：
在电厂、变电站的110V/220V直流系统以及通讯机房的48V直流系统都严格要求 交流输入与直流端实现电气隔离，以确保供电安全。传统的不间断电源(UPS)的交流与直 流隔离方法都是一般是采用交流加隔离变压器和直流的DC/DC隔离变换。采用交流加隔离 变压器技术就是利用交流变压器的磁电场实现交流电的隔离，直流的DC/DC变换器模块实 现直流电动隔离。这种不间断电源(UPS)的交流与直流隔离方式虽然可以很好的实现交流 输入与直流端的电气隔离，但是需要消耗较多的硬件资源，其控制电路复杂，增加了不间断 电源硬件生产成本，并且电子元件体积庞大、成本非常高、运输不方便，功率是3 IOKW的 性价比差。另外，隔离变压器元件的使用寿命有限，长期使用后可能由于磁泄漏导致隔离不 完全的现象。
实用新型内容因此，针对上述问题，本实用新型提出一种利用继电器互相投切的控制方法实现 的不间断电源的交直流隔离控制，是对其电气直接进行物理空间隔离，是一种相比已有隔 离技术而言，更加简单可靠的不间断电源的交直流隔离控制电路。本实用新型的技术方案是本实用新型的UPS的交直流隔离控制电路，应用于交流输入通道与直流输入通道 的双通道输入逆变电路的不间断电源的电气隔离，采用上述的控制方法，该电路是交流输 入通道(101)和直流输入通道(102)及输入DC/AC逆变电路模块(107)前的总通道中接 入一个电子开关元件(108\109\110)，所述的电子开关元件(108\109\110)的控制极连接 于MCU控制器的输出端口的驱动控制电路；所述的交流输入通道(101)通过一耦合变压器 (Tl)后，连接一交流检波网络电路的交流电的电压幅值采集单元和交流电的频率采集单 元，再输入至MCU控制器的检测端口 ；所述的直流输入通道(102)通过一直流检波网络电路 的直流电的电压幅值采集单元，再输入至MCU控制器的检测端口。进一步的，所述的MCU控制器的输出端口的驱动控制电路是MCU控制器的其输出 端口串联一非门器(IC3A)和电阻(R6)后连接于三极管(Q2)的基极，三极管(Q2)的集电 极连接于电子开关元件的控制极至高电平，三极管(Q2)的发射极连接于地。进一步的，所述的交流检波网络电路的交流电的电压幅值采集单元和直流检波网 络电路的直流电的电压幅值采集单元均是T型RC滤波的电压采集单元电路。所述的交流 检波网络电路的交流电的频率采集单元是由一三极管(Ql)的基极端串接于RC充放电单元 (C1、R1、VR1、C2)，集电极和发射极并接一波形输出电容(C3)构成的频率采集单元电路。进一步的，所述的交流输入通道(101)和直流输入通道(102)连接一辅助工作电源电路为所述的交直流隔离控制电路供电，所述的辅助工作电源电路是交流输入通道 (101)连接一整流桥(RECl)及滤波电容(C20)及直流输入通道(102)均串接一扼流线圈 (CHOKEl)后，连接一由UC3845芯片(IC4)及其外围的电阻、电容、二极管、电子开关管及变 压器元件构成的典型反激式开关电源单元电路。进一步的，所述的MCU控制器是PIC单片机芯片16F690(IC2)。进一步的，所述的直流的电子开关元件(108)是直流继电器，所述的交流的电子 开关元件(109)是交流继电器，所述的缓充的电子开关元件(110)是直流继电器。更进一步的，所述的直流继电器可以替代为接触器，所述的交流继电器可以替代 为接触器，所述的直流缓冲继电器可以替代为接触器或者IGBT模块。本实用新型采用如上技术方案，具有以下有益效果a.已有技术中整机效率为 93% (隔离环节)X92% (逆变环节)=85%，而本实用新型的隔离技术少一级电能变 换，减少了一级隔离损耗，从而使整机效率提高了约7%，而且在空载损耗也大大减小，满足 国家倡导的节能减排；b.在整机1 IOKW功率段其性价比最高，其控制电路简单、元件体 积小、重量轻、成本低，是一款节能、绿色、环保的产品；c.由于在交直流检测板增加了交流 异常判断，能有效防止由于输入电压过高造成的变压器饱和、滤波电容击穿等问题，因此其 可靠性较采用交流隔离变压器技术方案更高；d.由于采用备用方式的投切使电池端与交 流输入、输出端的相互干扰基本上杜绝，因此其电磁兼容很容易满足要求，而且可以做到更 好。
图1是本实用新型的电路框图；图2是本实用新型的电路原理图。
具体实施方式
现结合附图和具体实施方式
对本实用新型进一步说明。参阅图1和图2所示，本实用新型的UPS的交直流隔离控制电路，应用于交流输入 通道与直流输入通道的双通道输入逆变电路的不间断电源的电气隔离，采用上述的控制方 法，该电路是交流输入通道101和直流输入通道102及输入DC/AC逆变电路模块107前的 总通道中接入一个电子开关元件108\109\110，所述的电子开关元件108\109\110的控制 极连接于MCU控制器的输出端口的驱动控制电路；所述的交流输入通道101通过一耦合变 压器Tl后，连接一交流检波网络电路的交流电的电压幅值采集单元和交流电的频率采集 单元，再输入至MCU控制器的检测端口 ；所述的直流输入通道102通过一直流检波网络电路 的直流电的电压幅值采集单元，再输入至MCU控制器的检测端口。所述的MCU控制器的输出端口的驱动控制电路举其中一路说明，是MCU控制器的 其输出端口串联一非门器IC3A和电阻R6后连接于三极管Q2的基极，三极管Q2的集电极 连接于电子开关元件的控制极至高电平，三极管Q2的发射极连接于地。所述的交流检波网络电路的交流电的电压幅值采集单元和直流检波网络电路的 直流电的电压幅值采集单元均是T型RC滤波的电压采集单元电路。所述的交流检波网络电 路的交流电的频率采集单元是由一三极管Ql的基极端串接于RC充放电单元Cl、RU VRUC2，集电极和发射极并接一波形输出电容C3构成的频率采集单元电路。所述的交流输入通道101和直流输入通道102连接一辅助工作电源电路为所述的交直流隔离控制电路供电，所述的辅助工作电源电路是交流输入通道101连接一整流桥 RECl及滤波电容C20及直流输入通道102均串接一扼流线圈CHOKEl后，连接一由UC3845芯 片IC4及其外围的电阻、电容、二极管、电子开关管及变压器元件构成的典型反激式开关电 源单元电路。隔离辅助工作电源的工作原理交流用小隔离变压器整流滤波后，经二极管隔 离输出和直流端送来的直流电经二极管一起送到反激式开关电源产生各组所需辅助电源， 如主板12V、继电器工作电压、通讯电源等；这样它即起到相互隔离又能在任何单一输入电 情况下该辅助电源都能正常供电。本实用新型的电路是当输入交流电的电压幅值、频率都满足要求时，该路交流电 的继电器吸合由交流供电，同时断开直流继电器，此时交流与直流实现物理空间的隔离；当 交流电的频率、电压幅值的任一种出现异常，且直流电压正常时，交流继电器迅速放开，直 流继电器立即吸合，处于直流供电，此时也为隔离状态；当交流电的频率、电压幅值都恢复 正常则交流继电器吸合直流继电器断开；总之，输入交流电正常时优先吸合交流继电器并 放开直流继电器，交流异常则转由直流供电，直流电不满足要求时则直流继电器不管任何 情况都不吸合。所述的交流输入通道101的交流正常是指通过检波网络电路检测到交流电的幅 值和频率满足设计指标要求，若交流电的频率、电压幅值的任一种出现不满足设计指标要 求则交流异常；直流输入通道102的直流正常是指通过检波网络电路检测到直流的电压幅 值满足设计指标要求，若直流的电压幅值不满足设计指标要求则直流异常。输入交流电经检波后送给MCU检测，判断交流电的频率、电压幅值是否正常， 50 士 5Hz和220 士 20%的范围内为正常，关于交流电的幅值检测采用先整流滤波后取出带 有直流分量的全波，逐波取样与标准设定值上下限比较若超出士20%，判断为不正常，立即 输出信号使该交流继电器断开，采用这种平均值与峰值相结合方法，能确保及时准确的判 断避免误动作；输入直流电经检波后送给MCU检测，判断直流电压幅值是否正常，额定电压 为DC192为例168 240VDC为正常，超出则异常，关于检测方法采用50ms平均值算法与正 常值校对，如果满足要求则MCU发出允许的信号与交流继电器的控制信号进行比较处理， 只有在交流继电器不吸合时MCU才输出允许直流继电器吸合；同时在交直流切换的过程中 MCU会加入时间差即死区，防止交直流继电器切换时会共导，根据继电器各自的特性该死区 时间约为2 10ms，在切换的同时输出30ms的控制信号使缓冲继电器放开，该缓冲继电器 平常都吸合态，这样的目的是在交直流的投入时都经过电阻缓冲，从而避免切换时因大电 流使交直流继电器触点损坏，该缓冲继电器在首次开机时约延时300ms才吸合，起到对大 电解缓冲作用。本实用新型的隔离方案在实际应用中通过投切控制交直流切换会有约5 IOms 的断电，为祢补该点不足可以适当加大直流滤波电解的容量或者通过调整逆变变压器的变 比使逆变输出波形不出现跌落，根据我公司的5KVA/DC192的机器，在不增直流滤波电解和 变更逆变变压器的变比情况下带满载3. 5KW做切换试验，测输出波形并无跌落现象，原因 是UPS本身存在着各种储能原件如输出电感、输出滤波交流电容、直流滤波大电解等，因此 它在实际应用中并不会造成成本明显上升。[0024] 尽管结合优选实施方案具体展示和介绍了本实用新型，但所属领域的技术人员应该明白，在不脱离所附权利要求书所限定的本实用新型的精神和范围内，在形式上和细节 上可以对本实用新型做出各种变化，均为本实用新型的保护范围。
权利要求一种UPS的交直流隔离控制电路，应用于交流输入通道与直流输入通道的双通道输入逆变电路的不间断电源的电气隔离，采用上述的控制方法，其特征是交流输入通道(101)和直流输入通道(102)及输入DC/AC逆变电路模块(107)前的总通道中接入一个电子开关元件(108\109\110)，所述的电子开关元件(108\109\110)的控制极连接于MCU控制器的输出端口的驱动控制电路；所述的交流输入通道(101)通过一耦合变压器(T1)后，连接一交流检波网络电路的交流电的电压幅值采集单元和交流电的频率采集单元，再输入至MCU控制器的检测端口；所述的直流输入通道(102)通过一直流检波网络电路的直流电的电压幅值采集单元，再输入至MCU控制器的检测端口。
2.根据权利要求1所述的UPS的交直流隔离控制电路，其特征是所述的MCU控制器 的输出端口的驱动控制电路是MCU控制器的其输出端口串联一非门器(IC3A)和电阻(R6) 后连接于三极管(Q2)的基极，三极管(Q2)的集电极连接于电子开关元件的控制极至高电 平，三极管(Q2)的发射极连接于地。
3.根据权利要求1所述的UPS的交直流隔离控制电路，其特征是所述的交流检波网 络电路的交流电的电压幅值采集单元和直流检波网络电路的直流电的电压幅值采集单元 均是T型RC滤波的电压采集单元电路。
4.根据权利要求1所述的UPS的交直流隔离控制电路，其特征是所述的交流检波网 络电路的交流电的频率采集单元是由一三极管(Ql)的基极端串接于RC充放电单元(Cl、 R1、VR1、C2)，集电极和发射极并接一波形输出电容(C3)构成的频率采集单元电路。
5.根据权利要求1所述的UPS的交直流隔离控制电路，其特征是所述的交流输入通 道(101)和直流输入通道(102)连接一辅助工作电源电路为所述的交直流隔离控制电路供 H1^ ο
6.根据权利要求5所述的UPS的交直流隔离控制电路，其特征是所述的辅助工作电 源电路是交流输入通道(101)连接一整流桥(RECl)及滤波电容(C20)及直流输入通道(102)均串接一扼流线圈(CHOKEl)后，连接一由UC3845芯片(IC4)及其外围的电阻、电容、 二极管、电子开关管及变压器元件构成的典型反激式开关电源单元电路。
7.根据权利要求1或2所述的UPS的交直流隔离控制电路，其特征是所述的MCU控 制器是PIC单片机芯片16F690 (IC2)。
8.根据权利要求1所述的UPS的交直流隔离控制电路，其特征是所述的直流的电子 开关元件(108)是直流继电器，所述的交流的电子开关元件(109)是交流继电器，所述的缓 充的电子开关元件(110)是直流继电器。
9.根据权利要求8所述的UPS的交直流隔离控制电路，其特征是所述的直流继电器 可以替代为接触器，所述的交流继电器可以替代为接触器，所述的直流缓冲继电器可以替 代为接触器或者IGBT模块。
专利摘要本实用新型涉及电源技术领域，尤其涉及UPS的交直流隔离技术领域。本实用新型的UPS的交直流隔离控制电路，应用于交流输入通道与直流输入通道的双通道输入逆变电路的不间断电源的电气隔离，采用上述的控制方法，该电路是交流输入通道和直流输入通道及输入DC/AC逆变电路模块前的总通道中接入一个电子开关元件，所述的电子开关元件的控制极连接于MCU控制器的输出端口的驱动控制电路；所述的交流输入通道通过一耦合变压器后，连接一交流检波网络电路的交流电的电压幅值采集单元和交流电的频率采集单元，再输入至MCU控制器的检测端口；所述的直流输入通道通过一直流检波网络电路的直流电的电压幅值采集单元，再输入至MCU控制器的检测端口。
文档编号H02M5/275GK201570981SQ20092026403
公开日2010年9月1日 申请日期2009年11月26日 优先权日2009年11月26日
发明者巫良生, 林东权, 林火土, 陈文全 申请人:厦门普罗太克科技有限公司