专利名称：一种小型应急电源的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种小型应急FEPS电源。
技术背景一般的FEPS电源输入、输出等参数的调整都是由电位器实现的，SPWM电路由一般 的分离元器件组成且故障率高，电路中输入和输出的采样整流由一般的整流桥实现，零点 检测的精确度不高。
发明内容本实用新型的目的就是提出一种能克服背景技术缺陷，实现单片机控制的小型应为实现上述目的，本实用新型小型应急电源，包括市电输入、输入采样电路、转换 电路、蓄电池组、逆变-充电电路、变压器和单片机控制电路，市电输入经转换电路连接变 压器，蓄电池组经逆变-充电电路连接变压器，输入采样电路的采样信号输入到单片机控 制电路的对应输入端口，单片机控制电路分别输出充电PWM波至逆变-充电电路，输出逆变 驱动PWM波至逆变-充电电路。单片机控制电路输入输入采样电路的采样信号，当市电输入正常时，输出转换控 制信号控制转换电路接通，同时关闭逆变驱动PWM波的输出，送出充电PWM波至逆变-充电 电路，启动充电电路工作，市电输入经转换电路、变压器输出，同时经逆变-充电电路为蓄 电池组充电，当市电输入异常时，单片机控制电路输出转换控制信号控制转换电路断开，同 时关闭充电PWM波的输出，送出逆变驱动PWM波至逆变-充电电路，驱动逆变电路工作，蓄 电池组经逆变-充电电路、变压器逆变输出。还可以包括输出采样电路，单片机控制电路输入输出采样电路的采样信号，根据 输出电压的采样信号，调节逆变驱动PWM波的脉冲宽度，实现对输出的稳压。还可以包括电 池采样电路，单片机控制电路输入电池采样电路的采样信号，根据电池采样信号，调节充电 PWM波的脉冲宽度，保持充电电流的稳定等等。在一种实施方式中，上述输入采样电路包含输入正弦波幅度采样电路，该输入正 弦波幅度采样电路包含交流降压电路、运放整流电路和滤波电路，市电输入依次经交流降 压电路，运放整流电路、滤波电路输出市电输入的幅度采样信号。在一种实施方式中，上述输出采样电路包含输出交流正弦波幅度采样电路，该输 出交流正弦波幅度采样电路包含交流降压电路、运放整流电路和滤波电路，输出交流电压 依次经交流降压电路，运放整流电路、滤波电路后输出幅度采样信号。本实用新型由于设有单片机控制电路，故可以利用单片机内部的定时器和比较中 断产生SPWM，从而，无需分立元件组成SPWM电路，同时由于单片机可以根据采样信号自动 调节参数，故无需通过电位器人工调节。本实用新型是一种单片机控制的高集成FEPS电 源，所有参数的调节和SPWM波的调制都由软件完成，采样电路中运用运放整流，提高对正弦波检测的精确度。本实用新型工艺简单，电路性能稳定，成本低，操作简单。 附图 说明
图1是本实用新型实施例的电路方框图；图2是本实用新型实施例输入采样电路原理图；图3是本实用新型实施例输出采样电路原理图；图4是本实用新型实施例电池采样电路原理图。
具体实施方式
以下结合附图详述本实用新型的结构细节如图1所示，为本实用新型实施例的电路方框图，包括市电输入、EMI滤波电路、输 入采样电路、转换电路、电池采样电路、蓄电池组、逆变-充电电路、变压器、输出滤波电路、 输出采样电路和单片机控制电路，市电输入经EMI滤波电路、转换电路连接变压器，蓄电池 组经逆变_充电电路连接变压器。市电输入首先经过EMI滤波电路，滤除市电的杂波信号，然后施加到转换电路上， 单片机通过对市电输入采样，控制市电工作、电池应急逆变工作的转换。当市电输入正常 时，单片机输出转换控制信号至转换电路，控制转换电路接通，市电输入经EMI滤波电路、 转换电路、变压器输出，此时变压器的初级有电流流过，变压器的次级就作为充电绕组进行 工作，变压器的设计特点是次级即是逆变绕组又是充电绕组，充电和逆变的转换完全由单 片机控制，单片机在市电正常时发出充电PWM波给逆变-充电电路，启动充电电路工作，给 蓄电池组充电，不送出逆变驱动PWM波，逆变电路关闭。当市电输入异常时，单片机输出转 换控制信号断开转换电路，从而断开市电的输入，同时关闭充电PWM波的输出，送出逆变驱 动PWM波，关闭充电电路，驱动逆变电路工作，蓄电池组经逆变-充电电路、变压器逆变输 出。电池应急与否完全由单片机控制，只有在市电异常时才工作，市电正常时电池组处于充 电模式。可见，如果市电输入正常，由市电给输出供电，同时市电连接到变压器上，通过双向 变换电路，即逆变-充电电路给电池组充电；当市电中断或异常，如过高或过低，自动切换 到电池应急逆变工作。通过输出滤波电路，滤除SPWM波高频信号，输出纯正的正弦交流电 给负载。通过对输出的采样反馈控制稳定输出，同时对负载的监测，实现对输出的保护。所 有的控制均由单片机控制。变压器的逆变绕组又是充电绕组，逆变电路的一部分又是充电电路的驱动，其工 作模式完全由单片机控制，此设计的特点是去掉了单独的充电板，二是充电电流比一般的 充电板要大，三是充电电压和电流稳定性高，干扰杂波小，逆变电路的输入输出是在变压器 的初级，而充电的输入和输出是在变压器的次级。单片机采用FREESCAL公司的MCU，MC9S08AW16。此单片机有8位8通道的A/D，有 34个1/0，2个定时器，LQFP-G44的SMD封装，外围电路简单。1.8通道的A/D实现对输入电压、输出电压、电池电压、负载电流、充电电流的模数 转换；2.利用内部定时器和比较中断可以产生SPWM。同时根据对输出电压的采样对 SPWM的脉冲宽度进行调节，实现对输出的稳压。同时根据对输入频率和相位的测量，跟踪调节而实现锁相。3.其它的口线实现对电路的各种控制。如图2所示，为实施例的输入采样电路原理图，首先经交流降压电路降压，交流降 压电路包含输入分压电阻和差分电压比较器，市电输入经输入分压电阻分压后，再经差分 电压比较器输出小幅度正弦波。如图2所示，A-input是市电输入的火线，N为市电输入的 零线，电路中R9、RU R2、RlU R16、R19、R20、R23为输入分压电阻，UlA和外围电阻组成了 一个差分电压比较器，对输入正弦波进行降压和差分处理后由UlA的1脚分两路输出一个 与输入同频同相的小幅度的正弦波，一路送到整流滤波电路，以输出市电输入的幅度采样 信号，另一路送到方波发生器，以输出市电输入频率采样信号。整流滤波电路包含运放整流 电路和滤波电路，该运放整流电路包括比较器U2B、电阻R6、R22、R15、二极管D1、D4、比较器 U2A、电阻R7、R8，电阻R6的一端连接比较器U2B的反相端，另一端连接二极管Dl的正极， 电阻R15连接在比较器U2B的同相端与地之间，电阻R22连接在比较器U2B的反相端与比 较器U2A的同相端之间，二极管Dl的负极和二极管D4的正极互相连接后，再连接到比较器 U2B的输出端，二极管D4的负极连接比较器U2A的同相端，电阻R7连接在二极管Dl的正极 与比较器U2A的反相端之间，电阻R8跨接在比较器U2A的反相端和输出端之间。工作原理 是小幅度正弦波一路经RIO、R5送到U2B的6脚，当输入正弦波的正半周加到U2B的6脚 时，由于6脚是比较器的反相端，当6脚电压高时，7脚输出为与6脚反相的负半周的正弦 波，由于5脚接地，能很好的检测零点，当7脚为低时，通过二极管Dl就拉低了 U2A比较器2 脚的电压，当2脚比3脚低时，1脚就输出与输入同变化的正弦波的正半周，反之，当U2B比 较器6脚的正弦波为负半周时，U2B比较器的6脚电压比5脚低，7脚输出为正弦波的正半 周，此正半周通过二极管D4加到U2A的3脚，1脚又输出正弦波的正半周，故输入50Hz的正 弦波，整流后输出IOOHz的正脉冲波，完成整流。滤波电路包括电容C4。市电输入A-input 经降压输入比较器U2B的反相端，比较器U2A的输出端输出整流信号，该整流信号经电阻 R17和R25分压，电容C4滤波后输出市电输入幅度采样信号U-INPUT至单片机。方波发生 器包含比较器UlB和三极管Q2，将输入的正弦波变换成与之同频同步的50Hz方波。工作原 理是小幅度正弦波另一路经R26送到UlB的6脚，当输入正弦波的正半周加到UlB的6脚 时，由于6脚比5脚电压高，7脚输出为低电平，通过电阻R29将Q2的基级拉低，三极管Q2 的C级此时就为高电平，反之，当正弦波的负半周加到UlB的6脚时，7脚输出高电平，Q2导 通，C级输出与输入同频同相的50Hz方波信号FA-IN至单片机，该50Hz方波信号FA-IN就 为市电输入频率采样信号。如图3所示，为实施例的输出采样电路原理图。输出交流首先经交流降压电路降 压，交流降压电路包含输入分压电阻和差分电压比较器，输出交流经输入分压电阻分压后， 再经差分电压比较器输出小幅度正弦波。如图3所示，A-INV是逆变输出交流的火线，N为 逆变输出交流的零线，电路中R42、R34、R35、R44、R47、R49、R50、R57为输入分压电阻，U3B 和外围电阻组成了一个差分电压比较器，对输入正弦波进行降压和差分处理后由U3B的7 脚输出一个与输入同频同相的小幅度的正弦波，然后，送到整流滤波电路，以输出输出交流 幅度采样信号。整流滤波电路包含运放整流电路和滤波电路，该运放整流电路包括比较器 U3A、电阻R39、R52、R46、二极管D12、D14、比较器U4A、电阻R40、R41，电阻R39的一端连接 比较器U3A的反相端，另一端连接二极管D12的正极，电阻R46连接在比较器U3A的同相端与地之间，电阻R52连接在比较器U3A的反相端与比较器U4A的同相端之间，二极管D12的 负极和二极管D14的正极互相连接后，再连接到比较器U3A的输出端，二极管D14的负极连 接比较器U4A的同相端，电阻R40连接在二极管D12的正极与比较器U4A的反相端之间，电 阻R41跨接在比较器U4A的反相端和输出端之间。电路结构和工作原理与输入正弦波幅度 采样电路的运放整流电路相同。滤波电路包括电容C14。输出交流A-INV经降压输入比较 器U3A的反相端，比较器U4A的输出端输出整流信号，该整流信号经电阻R48和R59分压， 电容C14滤波后输出输出交流幅度采样信号U-INVERT至单片机。 如图4所示，为实施例的电池采样电路原理图。+B为电池电压输入端，经电阻R76、 R77、R78、R82分压后，输出电池电压采样信号U-BAT至单片机。I_CH为电池充电电流输入 端，经过R85、W1的调节后送到U7A的2脚，经U7A放大后，输出充电电流采样信号I-CHG至 单片机。
权利要求一种小型应急电源，其特征在于，包括市电输入、输入采样电路、转换电路、蓄电池组、逆变-充电电路、变压器和单片机控制电路，市电输入经转换电路连接变压器，蓄电池组经逆变-充电电路连接变压器，输入采样电路的采样信号输入到单片机控制电路的对应输入端口，单片机控制电路分别输出转换控制信号至转换电路，输出充电PWM波至逆变-充电电路，输出逆变驱动PWM波至逆变-充电电路。
2.根据权利要求1所述的小型应急电源，其特征在于还包括输出采样电路，输出采样 电路的采样信号输入到单片机控制电路的对应输入端口。
3.根据权利要求1或2所述的小型应急电源，其特征在于还包括电池采样电路，电池 采样电路的采样信号输入到单片机控制电路的对应输入端口。
4.根据权利要求1所述的小型应急电源，其特征在于所述输入采样电路包含输入正 弦波幅度采样电路，该输入正弦波幅度采样电路包含交流降压电路、运放整流电路和滤波 电路，市电输入依次经交流降压电路、运放整流电路、滤波电路输出市电输入的幅度采样信 号。
5.根据权利要求4所述的小型应急电源，其特征在于所述交流降压电路包含输入分 压电阻和差分电压比较器，市电输入经输入分压电阻分压后，再经差分电压比较器输出小 幅度正弦波。
6.根据权利要求4所述的小型应急电源，其特征在于所述运放整流电路包括比较器 U2B、电阻R6、R22、Rl5、二极管Dl、D4、比较器U2A、电阻R7、R8，电阻R6的一端连接比较器 U2B的反相端，另一端连接二极管Dl的正极，电阻R15连接在比较器U2B的同相端与地之 间，电阻R22连接在比较器U2B的反相端与比较器U2A的同相端之间，二极管Dl的负极和 二极管D4的正极互相连接后，再连接到比较器U2B的输出端，二极管D4的负极连接比较器 U2A的同相端，电阻R7连接在二极管Dl的正极与比较器U2A的反相端之间，电阻R8跨接在 比较器U2A的反相端和输出端之间，市电输入经降压输入比较器U2B的反相端，比较器U2A 的输出端输出整流信号。
7.根据权利要求2所述的小型应急电源，其特征在于所述输出采样电路包含输出交 流正弦波幅度采样电路，该输出交流正弦波幅度采样电路包含交流降压电路、运放整流电 路和滤波电路，输出交流电压依次经交流降压电路、运放整流电路、滤波电路后输出交流幅 度采样信号。
8.根据权利要求7所述的电源，其特征在于所述交流降压电路包含输入分压电阻和 差分电压比较器，输出交流经输入分压电阻分压后，再经差分电压比较器输出小幅度正弦 波。
9.根据权利要求7所述的电源，其特征在于所述运放整流电路包括比较器U3A、电阻 R39、R52、R46、二极管D12、D14、比较器U4A、电阻R40、R41，电阻R39的一端连接比较器U3A 的反相端，另一端连接二极管D12的正极，电阻R46连接在比较器U3A的同相端与地之间， 电阻R52连接在比较器U3A的反相端与比较器U4A的同相端之间，二极管D12的负极和二 极管D14的正极互相连接后，再连接到比较器U3A的输出端，二极管D14的负极连接比较器 U4A的同相端，电阻R40连接在二极管D12的正极与比较器U4A的反相端之间，电阻R41跨 接在比较器U4A的反相端和输出端之间，输出交流经降压输入比较器U3A的反相端，比较器 U4A的输出端输出整流信号。
专利摘要本实用新型公开一种小型应急电源，包括市电输入、输入采样电路、转换电路、蓄电池组、逆变-充电电路、变压器和单片机控制电路，市电输入经转换电路连接变压器，蓄电池组经逆变-充电电路连接变压器，输入采样电路的采样信号输入到单片机控制电路的对应输入端口，单片机控制电路分别输出充电PWM波至逆变-充电电路，输出逆变驱动PWM波至逆变-充电电路。本实用新型无需分立元件组成SPWM电路，无需通过电位器人工调节参数，参数的调节和SPWM波的调制都由单片机控制完成。
文档编号H02J9/06GK201570894SQ200920265120
公开日2010年9月1日 申请日期2009年12月17日 优先权日2009年12月17日
发明者潘世高, 罗蜂, 黄敏 申请人:佛山市柏克电力设备有限公司