专利名称：不间断电源的制作方法
技术领域：
本发明涉及电力电子变换器技术领域，特别涉及一种不间断电源。
背景技术：
不间断电源(Uniterruptible Power Supply, UPS)是一种交流电源供应器，其可以在市电不正常时瞬间为负载提供稳定的交流电。请参见图6，其为现有的一种UPS结构图，当市电正常时仅将市电通过滤波器44直接经过继电器45连到输出端，供连接在UPS输出端的负载使用，当市电不正常时(电压过高或过低等)，UPS将其内部的电池41，先经过直流/直流换流器42 (DC/DC converter)转换成高的直流电压，再利用反流器43将此高的直流电压转换成交流电压再经过继电器45 切换输出。但是，图6的这种UPS只能用在市电电压波动范围较小的场所，且其交流电压输出是一种方波形式，对于电感性负载(如变压器，马达)，此种方波输出，将会造成负载容易损坏。请参见图7，其为现有的另一种UPS结构图，当市电正常时，市电输入经过滤波器 51后，再经过继电器52切换经过工频变压器53直接输出，当市电电压过低，经由继电器52 切换工频变压器53的绕组抽头，提高电压输出，当停电时，UPS将其内部的电池55，经逆变器54与工频变压器53产生交流电压输出。但是，图7的这种UPS，其交流电压输出也是一种方波形式，同样容易对电感性负载造成损坏，并且，其采用继电器52直接切换工频变压器53绕组抽头，切换时会产生尖波电压影响电力供电质量，而且该市电电压的调整器随时在线损耗功率。请参见图8，其为现有的另一种UPS结构图，当市电正常时市电经过全波整流电路 61后转换为直流电源，再经过逆变装置63逆变为稳定交流电压，经转换开关64输出。当停电时，由电池装置62提供直流电供逆变装置63持续供电。虽然图8的这种UPS可以输出正弦波，但是其无法适用在市电电压波动范围较大的场所，且其逆变装置63使用了四个开关管，从而造成使用过程中的功耗较大，导致整机效率低，成本高。综上所述，现有的UPS存在功耗大、成本高、不能在市电电压波动大的场合使用的问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种不间断电源，以解决现有的不间断电源功耗大、成本高、 不能在市电电压波动大的场合使用的问题。本发明提出一种不间断电源，包括交流/直流换流器、隔离交流/直流换流器、蓄电池装置、直流/直流变换器、逆变装置以及开关装置。交流/直流换流器与市电相连，用于对市电进行整流，并输出两路正负半周的正弦波电压。隔离交流/直流换流器与市电相连，用于将市电电压隔离整流成直流电压，以提供市电电压补偿的能源。蓄电池装置与隔离交流/直流换流器相连，用于储存能源及提供直流电压。直流/直流变换器分别与隔离交流/直流换流器和蓄电池装置相连，用于将隔离交流/直流换流器输出的直流电压转换为用作市电补偿的谐波形状的直流高电压，或者将蓄电池装置输出的直流电压升压为正弦脉波宽度调变电压。逆变装置分别与交流/直流换流器及直流/直流变换器相连，用于将交流/直流换流器及直流/直流变换器输出的电压转换成交流正弦波电压输出。开关装置分别与逆变装置及市电相连，用于切换电力供应在市电输出或逆变器装置输出的控制。依照本发明较佳实施例所述的不间断电源，直流/直流变换器包括第一开关管、 第二开关管、变压器以及全波整流电路。变压器由第一原边绕组、第二原边绕组、第一副边绕组、第二副边绕组构成。全波整流电路由第一二极管、第二二极管、第三二极管和第四二极管组成。第一原边绕组的异名端和第二原边绕组的同名端连接正向输入，第一原边绕组的同名端与第一开关管的一端相连，第二原边绕组的异名端与第二开关管的一端相连，第一开关管和第二开关管的另一端连接到反向输入，第一副边绕组的异名端和第二副边绕组的同名端连接到零线，第一副边绕组的同名端与第一二极管的正极以及第二二极管的负极相连，第二副边绕组的异名端与第三二极管的正极以及第四二极管的负极相连，第一二极管和第三二极管的负极连接正向输出，第二二极管和第四二极管的正极连接到反向输出。依照本发明较佳实施例所述的不间断电源，交流/直流换流器包括第五二极管、 第六二极管、第一电容和第二电容。第五二极管的正极以及第六二极管的负极连接火线，第五二极管的负极与第一电容的一端相连，并连接正向输出，第六二极管的正极与第二电容的一端相连，并连接反向输出，第一电容和第二电容的另一端连接零线。依照本发明较佳实施例所述的不间断电源，隔离交流/直流换流器包括工频变压器、全波整流电路以及第三电容。全波整流电路由第七二极管、第八二极管、第九二极管和第十二极管组成。工频变压器原边绕组的两端分别与火线及零线相连，工频变压器副边绕组的一端连接到第九二极管的正极及第十二极管的负极，工频变压器副边绕组的另一端连接到第七二极管的正极及第八二极管的负极，第七二极管和第九二极管的负极与第三电容的一端相连，并作为正向输出，第八二极管与第十二极管的正极与第三电容的另一端相连， 并作为反向输出。依照本发明较佳实施例所述的不间断电源，逆变装置包括第三开关管、第四开关管、电感以及第四电容，第三开关管的一端连接正向输入，第四开关管的一端连接反向输入，第三开关管和第四开关管的另一端均与电感的一端相连，电感的另一端与第四电容的一端相连，并作为逆变装置的输出，第四电容的另一端连接零线。相对于现有技术，本发明的有益效果是1、本发明采用了市电电压补偿的方式，具有修正市电电压来达到输出稳压的功能，从而使不间断电源不仅可以在市电断电的情况下使用，还可以在市电电压波动大的场合使用，可以有效避免电压不稳定对用户设备所带来的损害。2、本发明的逆变装置采用低频换相高效运作，在使用过程中不会产生尖波电压， 保证了电力供电质量以及负载的安全。3、本发明不间断电源输出的是正弦波形式的电压，不会对电感性负载造成损害。4、本发明结构简单、成本低廉，具有很高的整机运行效率，且功耗低，具有节能减
4排、降低电费的优点。
图1为本发明不间断电源的一种实施例结构示意图；图2为本发明交流/直流换流器的一种实施例电路图；图3为本发明隔离交流/直流换流器的一种实施例电路图；图4为本发明为直流/直流变换器的一种实施例电路图；图5为本发明为逆变装置的一种实施例电路图；图6为第一种现有的UPS结构图；图7为第二种现有的UPS结构图；图8为第三种现有的UPS结构图。
具体实施例方式本发明的主要思想是采用了市电电压补偿的方式，修正市电电压来达到输出稳压的功能，从而使不间断电源不仅可以在市电断电的情况下使用，还可以在市电电压波动大的场合使用。以下结合附图，具体说明本发明。请参见图1，其为本发明不间断电源的一种实施例结构示意图，其包括交流/直流换流器11、隔离交流/直流换流器12、蓄电池装置13、直流/直流变换器14、逆变装置15 以及开关装置16。交流/直流换流器11与市电相连，并输出正负零三路输出。隔离交流 /直流换流器12与市电相连，并输出正负两路输出。蓄电池装置13与隔离交流/直流换流器12相连。直流/直流变换器14分别与隔离交流/直流换流器12和蓄电池装置13相连，其输出的正负零三路输出和交流/直流换流器11的三路输出共同作为逆变装置15的输入。开关装置16分别与逆变装置15及市电相连。市电正常时，开关装置16切换连通市电，使市电经开关装置16直接输出供给用户设备使用。市电电压过低或过高时，开关装置16将禁止市电直接输出供电给用户设备，并将逆变装置15与输出作为交流电源供给用户设备。此时，市电经由交流/直流换流器11整流成正负半周的正弦波输出到逆变装置15。另外市电还经过隔离交流/直流换流器12全波整流后滤波成直流电压，然后经过直流/直流变换器14将直流电压转换成高谐波补偿修正电压后，与交流/直流换流器11输出的正弦波一同输入到逆变装置15，直流/直流变换器14与交流/直流换流器11输出的两路电压合成为额定的市电正弦波电压波形后，由逆变装置15工频换相滤波后得到稳定的交流电源供给用户设备。因此，在市电电压波动范围较大的情况下，可以通过本发明的不间断电源对输出给用户设备的电压进行修正，进而达到稳压的作用，也有效避免了电压不稳定对用户设备所带来的损害。当市电停电时，由蓄电池装置13提供能源，其输出的直流电经过直流/直流变换器14，采用正弦脉波宽度调变技术，将直流电压隔离后升压为正弦脉波宽度调变电压波形， 供逆变装置15工频换相转换为稳定的交流电压输出，供电给用户设备。下面对图1中不间断电源的各个部件进行详细说明。
请参见图2，其为交流/直流换流器11的一种实施例电路图，其包括第五二极管 111、第六二极管112、第一电容113和第二电容114。第五二极管111的正极以及第六二极管112的负极连接火线，第五二极管111的负极与第一电容113的一端相连，并连接正向输出，第六二极管112的正极与第二电容114的一端相连，并连接反向输出，第一电容113和第二电容114的另一端连接零线。市电经由第五二极管111与第六二极管112组成的半桥整流后，经第一电容113 与第二电容114滤除高频谐波，输出正端为正半周的正弦波工频电压，输出负端为负半周的正弦波工频电压，输出零端为市电中性线。请参见图3，其为隔离交流/直流换流器12的一种实施例电路图，其包括工频变压器121、由第七二极管124、第八二极管125、第九二极管122和第十二极管126组成全波整流电路以及第三电容123。工频变压器121原边绕组的两端分别与火线及零线相连，工频变压器121副边绕组的一端连接到第九二极管122的正极及第十二极管126的负极，工频变压器副边绕组的另一端连接到第七二极管124的正极及第八二极管125的负极，第七二极管124和第九二极管122的负极与第三电容123的一端相连，第八二极管125与第十二极管126的正极与第三电容123的另一端相连。市电经工频变压器121隔离降压后，经四只二极管组成的全波整流电路整流为直流电压，再经第三电容123滤波为直流电压输出。请参见图4，其为直流/直流变换器14的一种实施例电路图，其包括第五电容 141、第一开关管142、第二开关管143、变压器145以及由第一二极管147、第二二极管148、 第三二极管146和第四二极管149组成全波整流电路。第五电容141连接在两个输入端之间。变压器145由第一原边绕组1451、第二原边绕组1452、第一副边绕组1453、第二副边绕组1454构成。第一原边绕组1451的异名端和第二原边绕组1452的同名端连接正向输入， 第一原边绕组1451的同名端与第一开关管142的一端相连，第二原边绕组1452的异名端与第二开关管143的一端相连，第一开关管142和第二开关管143的另一端连接到反向输入。第一副边绕组1453的异名端和第二副边绕组1454的同名端连接到零线，第一副边绕组1453的同名端与第一二极管147的正极以及第二二极管148的负极相连，第二副边绕组 1454的异名端与第三二极管146的正极以及第四二极管149的负极相连，第一二极管147 和第三二极管146的负极连接正向输出，第二二极管148和第四二极管149的正极连接到反向输出。其中，第一开关管142和第二开关管143的开关状态可以通过微控制器来控制。在没有市电时，直流/直流变换器14的输入电压由蓄电池装置13提供，变压器145的第一原边绕组1451与第二原边绕组1452组成推挽式(Push-pull)电路结构，控制第一开关管142 与第二开关管143，采用正弦脉波宽度调变技术将输入电压隔离后，由第一副边绕组1453、 第二副边绕组1454以及4只二级管升压全波整流成正负零三端输出，输出的电压为正弦脉波宽度调变电压波形。若有市电且市电电压过高或过低时，控制第一开关管142与第二开关管143，采用市电电压差补偿修正输出市电与额定正弦波电压差的谐波电压。由此可见， 所述直流/直流变换器是一个混合运作的直流/直流变换装置。请参见图5，其为逆变装置15的一种实施例电路图，其包括第三开关管151、第四开关管152、电感153以及第四电容154。第三开关管151的一端连接正向输入，第四开关管152的一端连接反向输入，第三开关管151和第四开关管152的另一端均与电感153的一端相连，电感153的另一端与第四电容154的一端相连，并作为逆变装置的输出，第四电容154的另一端连接零线。市电停电时，逆变装置15的输入电压是由直流/直流变换器14单独提供的；当有市电且市电电压过高或过低时，逆变装置15的输入是由交流/直流换流器11和直流/直流变换器14的输出电压合并后提供的。直流正端经第三开关管151、电感153、第四电容154 后输出工频正半周正弦波电压，再返回直流零端；直流负端经第四开关管152、电感153、第四电容154输出工频负半周正弦波电压，再返回直流零端。此逆变装置15仅设置有两个开光管，并通过控制第三开关管151和第四开关管152实现了工频换相，开关损耗极低，保证了整机效率的同时也实现了节能减排及降低电费。本发明的不间断电源采用市电电压补偿的方式，具有修正市电电压来达到输出稳压的功能，实现了高效率的在线式不间断电源。并且，本发明的不间断电源利用简单的电路结构，可用在市电电压波动范围较大的场所，在市电电压形成低电压补偿或高电压衰减时不产生尖波电压，可提高输入功率因数、降低输入总谐波电流，有很高的整机运行效率，实现节能减排及降低电费。以上公开的仅为本发明的几个具体实施例，但本发明并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化，只要不超出所附权利要求书所述范围，都应落在本发明的保护范围内。
权利要求
1.一种不间断电源，其特征在于，包括一交流/直流换流器，与市电相连，用于对市电进行整流，并输出两路正负半周的正弦波电压；一隔离交流/直流换流器，与市电相连，用于将市电电压隔离整流成直流电压，以提供市电电压补偿的能源；一蓄电池装置，与该隔离交流/直流换流器相连，用于储存能源及提供直流电压；一直流/直流变换器，分别与该隔离交流/直流换流器和该蓄电池装置相连，用于将该隔离交流/直流换流器输出的直流电压转换为用作市电补偿的谐波形状的直流高电压，或者将该蓄电池装置输出的直流电压升压为正弦脉波宽度调变电压；一逆变装置，分别与该交流/直流换流器及该直流/直流变换器相连，用于将该交流/ 直流换流器及该直流/直流变换器输出的电压转换成交流正弦波电压输出；一开关装置，分别与该逆变装置及市电相连，用于切换电力供应在市电输出或逆变器装置输出的控制。
2.如权利要求1所述的不间断电源，其特征在于，该直流/直流变换器包括一第一开关管、一第二开关管、由一第一原边绕组、一第二原边绕组、一第一副边绕组、一第二副边绕组构成的一变压器、由一第一二极管、一第二二极管、一第三二极管和一第四二极管组成的一全波整流电路，该第一原边绕组的异名端和该第二原边绕组的同名端连接正向输入，该第一原边绕组的同名端与该第一开关管的一端相连，该第二原边绕组的异名端与该第二开关管的一端相连，该第一开关管和该第二开关管的另一端连接到反向输入，该第一副边绕组的异名端和该第二副边绕组的同名端连接到零线，该第一副边绕组的同名端与该第一二极管的正极以及该第二二极管的负极相连，该第二副边绕组的异名端与该第三二极管的正极以及该第四二极管的负极相连，该第一二极管和该第三二极管的负极连接正向输出，该第二二极管和该第四二极管的正极连接到反向输出。
3.如权利要求1所述的不间断电源，其特征在于，该交流/直流换流器包括一第五二极管、一第六二极管、一第一电容和一第二电容，该第五二极管的正极以及该第六二极管的负极连接火线，该第五二极管的负极与该第一电容的一端相连，并连接正向输出，该第六二极管的正极与该第二电容的一端相连，并连接反向输出，该第一电容和该第二电容的另一端连接零线。
4.如权利要求1所述的不间断电源，其特征在于，该隔离交流/直流换流器包括一工频变压器、由一第七二极管、一第八二极管、一第九二极管和一第十二极管组成的一全波整流电路以及一第三电容，该工频变压器原边绕组的两端分别与火线及零线相连，该工频变压器副边绕组的一端连接到该第九二极管的正极及该第十二极管的负极，该工频变压器副边绕组的另一端连接到该第七二极管的正极及该第八二极管的负极，该第七二极管和该第九二极管的负极与该第三电容的一端相连，并作为正向输出，该第八二极管与该第十二极管的正极与该第三电容的另一端相连，并作为反向输出。
5.如权利要求1所述的不间断电源，其特征在于，该逆变装置包括一第三开关管、一第四开关管、一电感以及一第四电容，该第三开关管的一端连接正向输入，该第四开关管的一端连接反向输入，该第三开关管和该第四开关管的另一端均与该电感的一端相连，该电感的另一端与该第四电容的一端相连，并作为该逆变装置的输出，该第四电容的另一端连接零线。
全文摘要
本发明提出一种不间断电源，包括交流/直流换流器、隔离交流/直流换流器、蓄电池装置、直流/直流变换器、逆变装置以及开关装置。交流/直流换流器及隔离交流/直流换流器均与市电相连。蓄电池装置与隔离交流/直流换流器相连。直流/直流变换器分别与隔离交流/直流换流器和蓄电池装置相连。逆变装置分别与交流/直流换流器及直流/直流变换器相连。开关装置分别与逆变装置及市电相连。本发明的不间断电源采用了市电电压补偿的方式，可以在市电电压波动大的场合使用，且本发明具有结构简单、成本低廉、整机效率高、使用安全的优点。
文档编号H02J7/00GK102222966SQ20111017836
公开日2011年10月19日 申请日期2011年6月29日 优先权日2011年6月29日
发明者王庆文, 黄俊嘉 申请人:黄俊嘉