一种智能ups电源的制作方法
【专利摘要】本实用新型属于电力电子【技术领域】，提供了一种智能UPS电源，电压转换模块将信号发生器的信号变为电压信号，并进行显示及输出，电压检测模块检测电压转换模块输出电压，并对获取的电压检测信号进行输出，主机控制模块接收电压检测模块输出的电压检测信号，并根据电压检测信号输出相应充放电控制信号，充放电切换模块进行充电及放电转换；该UPS电源价格低廉，具备智能断电提醒功能，智能化水平较高，实现了断电检测、断电信号发送、断电信号接收及蓄电池充电控制功能，实用性强，具有较强的推广与应用价值。
【专利说明】—种智能UPS电源
【技术领域】
[0001]本实用新型属于电力电子【技术领域】，尤其涉及一种智能UPS电源。
【背景技术】
[0002]不间断电源UPS是一种含有储能装置，以逆变器为主要组成部分的恒压恒频的不间断电源。主要用于给单台计算机、计算机网络系统或其它电子电力设备提供不间断的电力供应。当市电输入正常时，UPS将市电稳压后供应给负载使用，此时的UPS就是一台交流市电稳压器，同时它还向机内电池充电；当市电中断(事故停电)时，UPS立即将机内电池的电能，通过逆变转换的方法向负载继续供应220V交流电，使负载维持正常工作并保护负载软、硬件不受损坏。
[0003]在正常供电时候220V电源通过降压，变直流后，到5V直流电压(此时为逻辑I)，输入到单片机，单片机检测到信号后，检测蓄电池输出电压，如果蓄电池输出电压低于6V，则将蓄电池连接到电源上充电(由于蓄电池采用6V6.5AH，所以需要经过降压，和直流化电路)否则断开蓄电池与电源的连接(具体参数需要根据购置的设备具体计算)。
[0004]在突然断电后，单片机检测电源输入端信号为逻辑O时，切换后备电池，提供电源，同时单片机通过串口发送信号(暂时采用Oxff)到电脑，电脑安装该设备USB驱动程序，驱动程序接收信号，再由用户程序检测到信号到达，判断信号是否为Oxff，如果是则向操作系统发送正常关机命令，否则不做处理。
[0005]这时关机时间大约I分钟以内，所以蓄电池提供的电量非常少，使得其价格大大降低。同时大容量蓄电池体积大，占用空间大，不适合家庭使用。
[0006]一般来讲普通PC机或工控机的功率在200W左右，苹果机在300W左右，服务器在300W与600W之间，其他设备的功率数值可以参考该设备的说明书。
[0007]对于12V的铅酸蓄电池为300W的电脑提供20分钟工作则需要电量为:
[0008]300 / 12 / 5=5AH的电量，该蓄电池在淘宝上的价格为100元左右。
[0009]而如果只提供3分钟工作时间则要:
[0010]300 / 12 / 20=1.25AH的电量，该蓄电池在淘宝上的价格为50以内，若选用6V蓄电池则需要电容量为:
[0011]300 / 6 / 20=2.5AH的电量，6V3AH的蓄电池在淘宝上价格在40-50之间。
[0012]由于电网存在至少九种问题:断电、雷击尖峰、浪涌、频率震荡、电压突变、电压波动、频率漂移、电压跌落、脉冲干扰；因此从改善电源质量的角度来说给电脑配备一台UPS是十分必要的。
[0013]另外，精密的网络设备和通信设备是不允许电力有间断的，以服务器为核心的网络中心要配备UPS是不言而喻的，即使是一台普通电脑，其使用三个月以后的数据文件等软件价值就已经超过了硬件价值，因此为防止数据丢失而配备UPS也是十分必须的。
[0014]但是这个蓄电池的电量也是有用完的时候，一般能持续工作时间取决于蓄电池的电容量大小，常定在15-25分钟左右，当蓄电池的电源用完后，自然会断电，这时候电脑触发断电中断保存数据。但是一个最严重的问题确不能解决。就是在断电时刻，磁盘(即硬盘)任然在进行I / 0操作，使得磁盘的磁头不在原位。这时候突然突然断电将使磁头强制复位，非常容易在磁盘上划出坏道，从而损坏磁盘，丢失文件，造成重大损失。
[0015]现在UPS设备有价格昂贵，不具备智能断电提醒等缺点，本项目专门为解决这一问题而研究与开发。
实用新型内容
[0016]本实用新型提供了一种智能UPS电源，旨在解决现有技术提供的UPS设备价格昂贵，不具备智能断电提醒，功能单一的问题。
[0017]本实用新型的目的在于提供一种智能UPS电源，该智能UPS电源包括:
[0018]用于将信号发生器的信号变为电压信号，并进行显示及输出的电压转换模块；
[0019]与所述电压转换模块相连接，用于检测电压转换模块输出电压，并对获取的电压检测信号进行输出的电压检测模块；
[0020]与所述电压检测模块相连接，用于接收所述电压检测模块输出的电压检测信号，并根据电压检测信号输出相应充放电控制信号的主机控制模块；
[0021 ] 与所述电压转换模块及主机控制模块相连接，用于进行充电及放电转换的充放电切换模块。
[0022]进一步，所述电压转换模块的具体连接是:信号发生器与三极管Q8基极相连，三极管Q8栅极接电源，三极管Q8发射极与逆变器的CLK脚连接，逆变器的VDD脚接12V电源并与充放电切换模块的电阻R1连接，逆变器脚0UT1、0UT2分别与变压器TR1的输入端连接，变压器TR1输出端与电阻R6并联，电阻R6与电表相连接，逆变器脚GND接地，变压器TR1的输出端还与电压检测模块相连接。
[0023]进一步，所述电压检测模块的具体连接是:变压器脚AC1与交流信号AC1及交流信号RL1连接，变压器的GND脚接地，输出脚0UT1、0UT2分别与交流信号RL1、电阻R8、电阻R12相连，交流信号RL1与电压转换模块相连接，RL2 一端与电阻R10、电阻R11串联，电阻R11另一端接地，电阻R12另一端接三极管Q11栅极，RL2另一端接三极管Q11发射极，三极管Q11基极接主机控制模块的芯片U2脚P1.0，交流信号RL1 —端接开关SW1，开关SW1另一端分别接主机控制模块的芯片U2脚P1.1，并经电阻R3接地。
[0024]进一步，所述主机控制模块的具体连接是:芯片U2脚1及脚2分别与电压检测模块相连接，芯片U2脚39与充放电转换模块相连接，芯片U2脚10及脚11分别与芯片U3脚
9、脚10连接，芯片U3脚1与脚3之间连接有电容C1，芯片U3脚4与脚5之间连接有电容C2,芯片U3脚7、脚8分别与芯片P1的脚2、脚3相连接。
[0025]进一步，芯片U2采用型号为AT89C51的单片机。
[0026]进一步，所述充放电切换模块的具体连接是:开关SW2 —端分别与电阻R11、电阻R21及主机控制模块中芯片U2脚39相连接，开关SW2另一端接地，电阻R21另一端接地。
[0027]进一步，该智能UPS电源还设置有信号发生器，所述信号发生器的具体连接为:
[0028]电阻R13的一端接芯片U1B的脚3，电阻R13的另一端分别与电阻RV1及电容C4相连接，芯片U1B的脚4分别与电阻R14及芯片U1C的脚5相连接，电阻R14与电阻RV1串联，芯片U1C的脚6分别与电容C4及芯片U1D的脚13相连，芯片U1D的脚12输出信号。[0029]进一步，该智能UPS电源还设置有功率放大器，所述功率放大器的具体连接为:逆变器脚VDD分别与电阻R9、电阻Rl、电阻R2及三极管Q2的栅极相连接，电阻R2的另一端与三极管Q3栅极相连，电阻Rl的另一端与三极管Q7栅极相连，电阻R9的另一端与三极管Ql栅极相连，输入端CLK与三极管Ql基极连接，三极管Ql栅极与电阻R9、电阻R5及芯片UlA的I脚相连，电阻R5另一端与三极管Q6基极相连，芯片UlA的2脚与电阻R4连接，电阻R4的另一端与三极管Q7基极连接，三极管Q7发射极与三极管Ql发射极、三极管Q3发射极相连，三极管Q7栅极分别与电阻R1、三极管Q2及三极管Q5相连，三极管Q6栅极与三极管Q4基极相连，三极管Q4栅极输出为逆变器脚0UT1，三极管Q2栅极输出为逆变器脚0UT2。
[0030]进一步，该智能UPS电源还设置有降压整流电路，所述降压整流电路的具体连接为:
[0031]输入电压与变压器TR2高压侧连接，变压器TR2的低压侧与一组全桥二极管BRl相连，BRl与一电容C3并联后直接输出。
[0032]本实用新型提供的智能UPS电源，电压转换模块将信号发生器的信号变为电压信号，并进行显示及输出，电压检测模块检测电压转换模块输出电压，并对获取的电压检测信号进行输出，主机控制模块接收电压检测模块输出的电压检测信号，并根据电压检测信号输出相应充放电控制信号，充放电切换模块进行充电及放电转换；该即3电源价格低廉，具备智能断电提醒功能，智能化水平较高，实现了断电检测、断电信号发送、断电信号接收及蓄电池充电控制功能，实用性强，具有较强的推广与应用价值。
【专利附图】
【附图说明】
[0033]图1是本实用新型实施例提供的智能UPS电源的电路原理接线图；
[0034]图2是本实用新型实施例提供的信号发生器的电路原理接线图；
[0035]图3是本实用新型实施例提供的功率放大器的电路原理接线图；
[0036]图4是本实用新型实施例提供的降压整流电路的原理接线图。
[0037]图中:11、电压转换模块；12、电压检测模块；13、主机控制模块；14、充放电切换模块。
【具体实施方式】
[0038]为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步的详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定实用新型。
[0039]图1示出了本实用新型实施例提供的智能UPS电源的结构。为了便于说明，仅示出了与本实用新型相关的部分。
[0040]该智能UPS电源包括:
[0041]用于将信号发生器的信号变为电压信号，并进行显示及输出的电压转换模块11 ；
[0042]与电压转换模块11相连接，用于检测电压转换模块11输出电压，并对获取的电压检测信号进行输出的电压检测模块12 ；
[0043]与电压检测模块12相连接，用于接收电压检测模块12输出的电压检测信号，并根据电压检测信号输出相应充放电控制信号的主机控制模块13 ；[0044]与电压转换模块11及主机控制模块13相连接，用于进行充电及放电转换的充放电切换模块14。
[0045]在本实用新型实施例中，电压转换模块11的具体连接是:信号发生器与三极管Q8基极相连，三极管Q8栅极接电源，三极管Q8发射极与逆变器的CLK脚连接，逆变器的VDD脚接12V电源并与充放电切换模块14的电阻R1连接，逆变器脚0UT1、0UT2分别与变压器TR1的输入端连接，变压器TR1输出端与电阻R6并联，电阻R6与电表相连接，逆变器脚GND接地，变压器TR1的输出端还与电压检测模块12相连接。
[0046]在本实用新型实施例中，电压检测模块12的具体连接是:变压器脚AC1与交流信号AC1及交流信号RL1连接，变压器的GND脚接地，输出脚0UT1、0UT2分别与交流信号RL1、电阻R8、电阻R12相连，交流信号RL1与电压转换模块11相连接，RL2 一端与电阻R10、电阻R11串联，电阻R11另一端接地，电阻R12另一端接三极管Q11栅极，RL2另一端接三极管Q11发射极，三极管Q11基极接主机控制模块13的芯片U2脚P1.0，交流信号RL1 —端接开关SW1，开关SW1另一端分别接主机控制模块13的芯片U2脚P1.1，并经电阻R3接地。
[0047]在本实用新型实施例中，主机控制模块13的具体连接是:芯片U2脚1及脚2分别与电压检测模块12相连接，芯片U2脚39与充放电转换模块相连接，芯片U2脚10及脚11分别与芯片U3脚9、脚10连接，芯片U3脚1与脚3之间连接有电容C1，芯片U3脚4与脚5之间连接有电容C2，芯片U3脚7、脚8分别与芯片P1的脚2、脚3相连接。
[0048]在本实用新型实施例中，芯片U2采用型号为AT89C51的单片机。
[0049]在本实用新型实施例中，充放电切换模块14的具体连接是:开关SW2 —端分别与电阻R11、电阻R21及主机控制模块13中芯片U2脚39相连接，开关SW2另一端接地，电阻R21另一端接地。
[0050]在本实用新型实施例中，该智能UPS电源还设置有信号发生器，信号发生器的具体连接为:
[0051]电阻R13的一端接芯片U1B的脚3，电阻R13的另一端分别与电阻RV1及电容C4相连接，芯片U1B的脚4分别与电阻R14及芯片U1C的脚5相连接，电阻R14与电阻RV1串联，芯片U1C的脚6分别与电容C4及芯片U1D的脚13相连，芯片U1D的脚12输出信号。
[0052]在本实用新型实施例中，该智能UPS电源还设置有功率放大器，功率放大器的具体连接为:逆变器脚VDD分别与电阻R9、电阻R1、电阻R2及三极管Q2的栅极相连接，电阻R2的另一端与三极管Q3栅极相连，电阻R1的另一端与三极管Q7栅极相连，电阻R9的另一端与三极管Q1栅极相连，输入端CLK与三极管Q1基极连接，三极管Q1栅极与电阻R9、电阻R5及芯片U1A的1脚相连，电阻R5另一端与三极管Q6基极相连，芯片U1A的2脚与电阻R4连接，电阻R4的另一端与三极管Q7基极连接，三极管Q7发射极与三极管Q1发射极、三极管Q3发射极相连，三极管Q7栅极分别与电阻R1、三极管Q2及三极管Q5相连，三极管Q6栅极与三极管Q4基极相连，三极管Q4栅极输出为逆变器脚0UT1，三极管Q2栅极输出为逆变器脚0UT2。
[0053]在本实用新型实施例中，该智能UPS电源还设置有降压整流电路，降压整流电路的具体连接为:
[0054]输入电压与变压器TR2高压侧连接，变压器TR2的低压侧与一组全桥二极管BR1相连，BR1与一电容C3并联后直接输出。[0055]下面结合附图及具体实施例对本实用新型的应用原理作进一步描述。
[0056]图1为一种智能UPS电源的电路原理图，分为四个模块:电压转换模块11、电压检测模块12、充放电切换模块14、主机控制模块13，其中，电压转换模块11分别与电压检测模块12及充放电切换模块14相连接，主机控制模块13模块分别与电压检测模块12及充放电切换模块14相连接。
[0057]电压转换模块11功能是将信号发生器的信号变为电压信号并显示出来。具体连接是:信号发生器与Q8基极相连，Q8栅极接电源，Q8发射极与逆变器的CLK脚连接，逆变器的VDD脚接12V电源并与模块3的电阻Rl连接，逆变器脚0UT1，0UT2分别与TRl两端连接，TRl与电阻R6并联，R6与电表相连。逆变器脚GND接地。TRl两端与模块2相连。
[0058]电压检测模块12功能是检测电压是否达到预设值。具体连接是:变压器脚ACl与交流信号AC1，交流信号RLl连接。变压器的GND脚接地，输出脚0UT1，0UT2分别与交流信号RLl，电阻R8，电阻R12相连。交流信号RLl与模块I相连。RL2 —端与电阻R10，R11串联，Rll另一端接地。电阻R12另一端接Qll栅极，RL2另一端接Qll发射极。Qll基极接模块4的单片机脚Pl.0。交流信号RLl —端接开关SW1，Sffl另一端分别接模块4单片机的Pl.1脚，经电阻R3接地。
[0059]充放电切换模块14功能是实现充电与放电状态的切换。具体连接是:SW2 —端分别与模块I的Rll，R21，模块4的单片机39脚相连，另一端接地。
[0060]主机控制模块13的具体连接是:AT89C51脚1，2分别与模块2相连，脚39与模块3相连，脚10，11分别与芯片U3脚9，10连接，芯片U3脚1，脚3之间与电容Cl连接。芯片U3脚4，脚5之间与一电容C2连接。芯片U3脚7，脚8分别与Pl的脚2，脚3连接。
[0061]图2为信号发生器电路原理图，主要功能是通过电路的连接，输出不同的信号，具体连接是:
[0062]电阻R13 —端接芯片UlB的脚3，另一端电阻RVl，电容C4相连。芯片UlB的脚4分别于R14、芯片UlC的脚5相连。R14与RVl串联。芯片UlC的脚6分别与C4、芯片UlD的脚13相连，芯片UlD的脚12输出信号。
[0063]图3为功率放大器电路，主要功能是将电压、功率信号放大，具体连接是:逆变器脚VDD分别与电阻R9，R1，R2，三极管Q2的栅极相连接，R2的另一端与Q3栅极相连，Rl的另一端与Q7栅极相连，R9的另一端与Ql栅极相连。CLK与三极管Ql基极连接，Ql栅极与电阻R9，R5，芯片UlA的I脚相连。R5另一端与Q6基极相连。芯片UlA的2脚与R4连接，R4的另一端与Q7基极连接。Q7发射极与Ql发射极，Q3发射极相连。Q7栅极分别与R1，Q2，Q5相连。Q6栅极与Q4基极相连。Q4栅极输出为逆变器脚OUTl，Q2栅极输出为逆变器脚 0UT2。
[0064]图4为降压整流电路，主要功能是将比较大的交流电压降为比较小的交流电压，并整流成直流，具体连接是:
[0065]输入电压与TR2高压侧连接，TR2的低压侧与一组全桥二极管BRl相连，BRl与一电容C3并联后直接输出OUT。
[0066]本实用新型开发了一种UPS即不间断电源，是一种含有储能装置，以逆变器为主要组成部分的恒压恒频的不间断电源，使得断电不再成为硬盘杀手，替换UPS电源断电保护功能，由于采用小容量蓄电池，成本低廉，使得成本缩减到UPS价格的5倍左右，同时从根本上解决突然断电对电脑的伤害。而不是像UPS电源那样只能提供“死期缓刑”功能。
[0067]为电脑提供220V50HZ电源，同时提供断电检测电路、蓄电池充电电路、串口通信电路、电源逆变电路、电源切换电路。
[0068]同时基于不同的用户类型将使用不同要求的智能UPS电源，如:家庭版智能UPS电源，由于家庭台式电脑功率在200-300W之间，且电脑数量在1-2台之间，选用小容量蓄电池，并且提供两个电源输出口。
[0069]服务器版智能UPS电源，服务器的功率在500-600W之间，并且服务器数量也较多，将提供4 口、8 口、16 口智能UPS电源，同时根据需求选用大容量蓄电池。
[0070]上位机(台式电脑)程序思想:接受来自下位机(单片机)通过串口，或者USB转串口模块发来的信息(Oxff)。如果是Oxff则执行关机指令关闭计算机。
[0071]本实用新型实施例提供的智能UPS电源，电压转换模块11将信号发生器的信号变为电压信号，并进行显示及输出，电压检测模块12检测电压转换模块11输出电压，并对获取的电压检测信号进行输出，主机控制模块13接收电压检测模块12输出的电压检测信号，并根据电压检测信号输出相应充放电控制信号，充放电切换模块14进行充电及放电转换；该即3电源价格低廉，具备智能断电提醒功能，智能化水平较高，实用性强，具有较强的推广与应用价值。
[0072]以上仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种智能UPS电源，其特征在于，该智能UPS电源包括: 用于将信号发生器的信号变为电压信号，并进行显示及输出的电压转换模块； 与所述电压转换模块相连接，用于检测电压转换模块输出电压，并对获取的电压检测信号进行输出的电压检测模块； 与所述电压检测模块相连接，用于接收所述电压检测模块输出的电压检测信号，并根据电压检测信号输出相应充放电控制信号的主机控制模块； 与所述电压转换模块及主机控制模块相连接，用于进行充电及放电转换的充放电切换模块。
2.如权利要求1所述的智能UPS电源，其特征在于，所述电压转换模块的具体连接是:信号发生器与三极管Q8基极相连，三极管Q8栅极接电源，三极管Q8发射极与逆变器的CLK脚连接，逆变器的VDD脚接12V电源并与充放电切换模块的电阻Rl连接，逆变器脚OUTl、0UT2分别与变压器TRl的输入端连接，变压器TRl输出端与电阻R6并联，电阻R6与电表相连接，逆变器脚GND接地，变压器TRl的输出端还与电压检测模块相连接。
3.如权利要求1所述的智能UPS电源，其特征在于，所述电压检测模块的具体连接是:变压器脚ACl与交流信号ACl及交流信号RLl连接，变压器的GND脚接地，输出脚OUTl、0UT2分别与交流信号RLl、电阻R8、电阻R12相连，交流信号RLl与电压转换模块相连接，RL2 —端与电阻RlO、电阻Rll串联，电阻Rll另一端接地，电阻Rl 2另一端接三极管Ql I栅极，RL2另一端接三极管Qll发射极，三极管Qll基极接主机控制模块的芯片U2脚Pl.0，交流信号RLl 一端接开关SW1，开关SWl另一端分别接主机控制模块的芯片U2脚Pl.1，并经电阻R3接地。
4.如权利要求1所述的智能UPS电源，其特征在于，所述主机控制模块的具体连接是:芯片U2脚I及脚2分别与电压检测模块相连接，芯片U2脚39与充放电转换模块相连接，芯片U2脚10及脚11分别与芯片U3脚9、脚10连接，芯片U3脚I与脚3之间连接有电容Cl，芯片U3脚4与脚5之间连接有电容C2，芯片U3脚7、脚8分别与芯片Pl的脚2、脚3相连接。
5.如权利要求4所述的智能UPS电源，其特征在于，芯片U2采用型号为AT89C51的单片机。
6.如权利要求1所述的智能UPS电源，其特征在于，所述充放电切换模块的具体连接是:开关SW2 —端分别与电阻R11、电阻R21及主机控制模块中芯片U2脚39相连接，开关SW2另一端接地，电阻R21另一端接地。
7.如权利要求1所述的智能UPS电源，其特征在于，该智能UPS电源还设置有信号发生器，所述信号发生器的具体连接为: 电阻R13的一端接芯片UlB的脚3，电阻R13的另一端分别与电阻RVl及电容C4相连接，芯片UlB的脚4分别与电阻R14及芯片UlC的脚5相连接，电阻R14与电阻RVl串联，芯片UlC的脚6分别与电容C4及芯片UlD的脚13相连，芯片UlD的脚12输出信号。
8.如权利要求1所述的智能UPS电源，其特征在于，该智能UPS电源还设置有功率放大器，所述功率放大器的具体连接为:逆变器脚VDD分别与电阻R9、电阻Rl、电阻R2及三极管Q2的栅极相连接，电阻R2的另一端与三极管Q3栅极相连，电阻Rl的另一端与三极管Q7栅极相连，电阻R9的另一端与三极管Ql栅极相连，输入端CLK与三极管Ql基极连接，三极管Q1栅极与电阻R9、电阻R5及芯片U1A的1脚相连，电阻R5另一端与三极管Q6基极相连，芯片U1A的2脚与电阻R4连接，电阻R4的另一端与三极管Q7基极连接，三极管Q7发射极与三极管Q1发射极、三极管Q3发射极相连，三极管Q7栅极分别与电阻R1、三极管Q2及三极管Q5相连，三极管Q6栅极与三极管Q4基极相连，三极管Q4栅极输出为逆变器脚0UT1，三极管Q2栅极输出为逆变器脚0UT2。
9.如权利要求1所述的智能UPS电源，其特征在于，该智能UPS电源还设置有降压整流电路，所述降压整流电路的具体连接为:输入电压与变压器TR2高压侧连接，变压器TR2的低压侧与一组全桥二极管BR1相连，全桥二极管BR1与一电容C3并联后直接输出。
【文档编号】H02J7/00GK203536979SQ201320159006
【公开日】2014年4月9日 申请日期:2013年4月2日 优先权日:2013年4月2日
【发明者】雷文昌, 鲍润华, 张西亚 申请人:北方民族大学