一种UPS冷启动电路的制作方法

本发明属于电路领域，尤其涉及一种UPS冷启动电路。

背景技术：

UPS(Uninterruptible Power System/Uninterruptible Power Supply，不间断电源)是将电池与主机相连接，通过主机逆变器等模块电路将直流电转换成市电的系统设备。主要用于给单台计算机、计算机网络系统或其它电力电子设备如电磁阀、压力变送器等提供稳定、不间断的电力供应。常用的UPS包括在线式UPS系统，这种系统不管电网电压是否正常，负载所用的交流电压都要经过逆变电路，即逆变电路始终处于工作状态，在线式UPS一般为双变换结构，所谓双变换是指UPS正常工作时，电能经过了AC/DC、DC/AC两次变换后再供给负载，当前在线式双变换UPS电池冷启动有如下两种方式实现。

其一，如图1所示的一种现有的在线式UPS用电池冷启动电路，UPS系统电源的输入直接接在电池单元200正负极，这样做的缺点是，UPS必须接电池单元200才能启动UPS，或者在没接电池单元200，用市电启动UPS时，UPS内部的充电器必须先工作，让充电器提供系统电源输入所需的电压，而这类充电器的输入均直接接到UPS的输入零火线上，在工作的过程中产生的高次谐波会直接返回到UPS的输入端口，对电网质量造成污染，影响整机的效率及传导和辐射骚扰，其产生的电磁波也会对空间范围内的设备或人员造成干扰。

其二，如图2所示的另一种现有的在线式UPS用电池冷启动电路，UPS系统电源的输入直接接在UPS内部高压母线上，电池单元200和母线用电路连接，按冷启动开关后对UPS内部高压母线进行充电，母线电压升高到系统电源工作点后，UPS系统电源开始工作，之后控制器控制电池升压电路对母线持续供电，其缺点是需要专门配备冷启动板，冷启动板上用到晶闸管，用晶闸管就需加专门的驱动电路，成本会很高，且该冷启动电路在电池电压较低的时候会出现启动失败的情况，另外它适用于三相四线制双电池单元200的UPS，其电池单元200必须带中性抽头，对于单项输入单电池单元200UPS不适用，另一个缺点是辅助电源输入电压会很高，必须选取1600V耐压开关管或者使用两只900V的器件串联做开关管，经济性较差，技术难度较大。

综上所述，现有的在线式UPS冷启动电路不但安全性差，而且技术实现难度大，成本较高。

技术实现要素：

本发明实施例提供了一种UPS用UPS冷启动电路，旨在解决现有的在线式UPS冷启动电路不但安全性差，而且技术实现难度大，成本较高的问题。

本发明实施例是这样实现的，一种UPS冷启动电路，所述UPS冷启动电路与电池单元及UPS系统负载单元相连，包括：

第一隔离变换单元、汇流单元，以及第二隔离变换单元；

所述第一隔离变换单元的输入端与所述电池单元连接；

所述汇流单元具有多个输入端，所述第一隔离变换单元的输出端与所述汇流单元的多个输入端中的第一输入端相连；

所述第二隔离变换单元的输入端与所述汇流单元的输出端连接，所述第二隔离变换单元的输出端与所述UPS系统负载单元连接。

本发明实施例提供了一种UPS用UPS冷启动电路，通过第一隔离变换单元将电池单元的直流电压输入汇流单元中，汇流单元将电池单元的直流电压与汇流单元的其他输入端输入的电压进行汇总后输出至第二隔离变换单元，以形成UPS系统工作所需的系统电压；本发明将电池单元的负极及UPS系统的输出端与市电零线进行电气隔离，将电池单元的电能转换成UPS系统工作所需的系统电源，实现无市电从电池单元启动UPS系统的功能，同时又不影响市电直接启动UPS，电路结构简单，实现容易，成本较低，而且通过电气隔离设置使UPS系统的运行更加安全可靠。

附图说明

图1是现有技术提供的一种UPS冷启动电路图；

图2是现有技术提供的另一种UPS冷启动电路图；

图3是本发明第一实施例提供的UPS冷启动电路模块图；

图4是本发明第二实施例提供的UPS冷启动电路的原理图；

图5是本发明第三实施例提供的UPS冷启动电路的原理图；

图6是本发明第四实施例提供的UPS冷启动电路的原理图；

图7是本发明第五实施例提供的UPS冷启动电路的原理图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明实施例提供了一种UPS冷启动电路，通过第一隔离变换单元将电池单元的直流电压输入汇流单元中，汇流单元将电池单元的直流电压与汇流单元的其他输入端输入的电压进行汇总后输出至第二隔离变换单元，以形成UPS系统工作所需的系统电压；本发明将电池单元的负极及UPS系统的输出端与市电零线进行电气隔离，将电池单元的电能转换成UPS系统工作所需的系统电源，实现无市电从电池单元启动UPS系统的功能，同时又不影响市电直接启动UPS，电路结构简单，实现容易，成本较低，而且通过电气隔离设置使UPS系统的运行更加安全可靠。

第一实施例

如图3所示，本发明实施例提供了一种UPS冷启动电路100，应用于在线式UPS系统，该UPS冷启动电路100与电池单元200及UPS系统负载单元300相连。其中，电池单元100为直流电源，是维持电路中形成稳恒电流的装置，如干电池、蓄电池等装置。UPS系统负载单元300即UPS启动工作的负载，通过UPS冷启动电路100提供UPS系统负载单元300进入正常工作状态的启动电压，实现了电池单元200对UPS系统的冷启动功能。本发明中，UPS冷启动电路100包括：第一隔离变换单元110、汇流单元120，以及第二隔离变换单元130。

在本发明实施例中，第一隔离变换单元110的输入端与电池单元200连接；汇流单元120具有多个输入端，第一隔离变换单元110的输出端与汇流单元120的多个输入端中的第一输入端121相连；第二隔离变换单元130的输入端与汇流单元120的输出端连接，第二隔离变换单元130的输出端与负载单元300连接。

在本发明实施例中，汇流单元120的多个输入端中还包括以下的一种或多种组合：与市电火线连接的第二输入端122；与市电旁路火线连接的第三输入端123；以及与正母线连接的第四输入端124。其中，第一输入端121、第二输入端122、第三输入端123及第四输入端124具有多路输入公共端125，该多路输入公共端125与市电零线相连。

在本发明实施例中，UPS冷启动电路100工作时，第一隔离变换单元110将电池单元200输出的电压进行转换处理后，由第一输入端121输入至汇流单元120，并与由第二输入端122、第三输入端123或第四输入端124输入汇流单元120的电压汇总后，输入至第二隔离变换单元130进行处理；第二隔离变换单元130将处理得到的直流电源输出至UPS系统负载单元300。

详细地，在本发明的一个实施例中，UPS系统有多种工作模式，例如市电主路模式、市电旁路模式、电池模式等。若UPS系统由电池启动，即处于电池模式时，第二隔离变换单元130主要是由第四输入端124的输入电压供电，第二隔离变换单元130产生的输出就为在线式双变换UPS所需的系统电源。

当UPS系统由市电启动时，第四输入端124的输入电压为零，此时若只有第二输入端122的输入电压，而没有第三输入端123的输入电压，则第二隔离变换单元130主要是由第二输入端122的输入电压供电，第二隔离变换单元130产生的输出就为UPS系统所需的系统电源。同样的，此时若只有第三输入端123的输入电压，而没有第二输入端122的输入电压时，则第二隔离变换单元130主要是由第三输入端123的输入电压供电，第二隔离变换单元130产生的输出就为在线式双变换UPS所需的系统电源。

本发明实施例中，UPS冷启动电路100将市电稳压后供应给UPS系统负载使用，此时的UPS系统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，例如事故停电时，UPS立即将电池的直流电能通过逆变零切换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。UPS设备通常对电压过高或电压过低都能提供保护；直到正母线为第四输入端124供应稳定的输入电压。

第二实施例

如图4所示，在本发明实施例中，第一隔离变换单元110为反激式隔离变换器。具体地，在该反激式隔离变换器中：二极管D1的阳极与所述电池单元的正极连接，电容C1的一端与二极管D1的阴极连接，另一端与所述电池单元的负极连接，电阻R1的一端与所述二极管D1的阴极连接，电阻R1的另一端与稳压二极管ZD1的阴极连接，稳压二极管的阳极与电池单元相连，电容C2与稳压二极管ZD1并联，电容C3的一端与二极管D1的阴极连接，电容C3的另一端与二极管D2的阴极连接，电阻R2与C3并联，反激式隔离变压器T1的原边的一端与D1的阴极连接，反激式隔离变压器T1的原边的另一端与二极管D2的阳极连接，反激式隔离变压器T1的副边的一端与二极管D6的阳极连接，反激式隔离变压器T1的副边的另一端与零线相连，二极管D6的阴极与所述汇流单元的各个输入端的汇总端连接，并连接至所述第二隔离变换单元的一个输入端，二极管D2的阳极与开关管Q1的输出端相连，开关管Q1的输入端与电阻R3的一端及PWM控制芯片U1的一个端口相连，开关管Q1的基极与PWM控制芯片U1的PWM输出端相连，电阻R3的另一端与所述电池单元的负极相连，ZD1的阳极与PWM控制芯片U1的一个端口以及所述电池单元的负极连接；第一电压反馈网络从二极管D6的阴极接收信号，并反馈至PWM控制芯片U1，且第一反馈网络的一端与所述电池单元的负极相连，另一端与零线相连。

其中，第一隔离变换单元110的输入端接到电池单元200的正、负极，电池单元200的电压经PWM控制芯片U1控制的开关管Q1斩波后由第一隔离变换单元110输出第一直流电压，例如200V，第一直流电压经第一电压反馈网络处理后送至第一隔离变换单元110的PWM控制芯片U1，作为第一隔离变换单元110输出电压反馈信号，以保持第一隔离变换单元110输出的电压不高于第一直流电压，这里对应的为不高于200V，第一隔离变换单元110输出的电压经汇流单元120，与第二输入端122、第三输入端123及第四输入端124的输入电压汇聚之后接至第二隔离变换单元130的输入端。

在本发明实施例中，第一隔离变换单元110可由开关SW1开启，开关SW1可为触点开关或其他类型的开关，第二隔离变换单元130在输入电压达到一定值后自动开启。开关SW1作为冷启动开关，在电池单元200接与第一隔离变换单元110接通一定时间，比如30秒后，按下开关SW1，就可以让第一隔离变换单元110和第二隔离变换单元130依次开启。

第二隔离变换单元130包含隔离变压器T2、开关管Q2、PWM控制芯片U2和第二电压反馈网络等主要部分组成，第二隔离变换单元130的输出为多路直流电压，为UPS内部不同器件供电。

详细地，电容C4的一端与二极管D6的阴极连接，另一端与零线连接，电阻R4的一端与二极管D6的阴极连接，另一端与PWM控制芯片U2的Vc端以及二极管D12的阴极连接，PWM控制芯片U2的接地端与零线连接，同时PWM控制芯片U2与第二电压反馈网络连接，以获取由隔离变压器T2副边的反馈信号；电容C5与电阻R5并联，且其一公共端与二极管D6的阴极连接，另一公共端与二极管D7的阴极连接，PWM控制芯片U2与Q2的基极连接，二极管D7的阳极与开关管Q2的集电极相连，开关管Q2的发射极与PWM控制芯片的一引脚相连后与电阻R6的一端相连，电阻R6的另一端与零线相连，隔离变压器T2具有两组原边线圈，其中一组原边线圈的一端与二极管D6的阴极相连，另一端与二极管D7的阳极相连，另一组原边线圈的一端与二极管D12的阳极相连，另一端与零线相连，隔离变压器T2具有多组副边线圈，如图4所示，本实施例中提供的方案中隔离变换器T2包含四组副边线圈。

汇流单元120输入的电压经PWM控制芯片U2控制的开关管Q2斩波后由第二隔离变换单元130输出第二直流电压，第二直流电压具有多种规格，例如+24V、+15V、-15V和+5V的直流电压，根据实际需要设置，具体不作限定。第二直流电压其中一路最重要的电压经第二电压反馈网络处理后送至第二隔离变换单元130的PWM控制芯片U2，作为第二隔离变换单元130的输出电压反馈信号，以保持第二隔离变换单元130的输出电压稳定。

在本发明实施例中，当第二隔离变换单元130的输入电压经过电阻R4后送至PWM控制芯片U2，输入电压高于一定值后，流过电阻R4的电流达到PWM控制芯片U2的工作电流，PWM控制芯片U2就开始工作并给开关管Q2发驱动信号，隔离变压器T2的副绕组电压经二极管D12整流后供给PWM控制芯片U2，以维持PWM控制芯片U2继续工作，如此便实现了通过电池单元200开启UPS系统而又不影响市电启动的功能。

在本发明实施例中，第一隔离变换单元110的PWM控制芯片U1上还接有一DSP控制器，目的是在UPS系统完成电池冷启动后可以将第一隔离变换单元110关闭，保证系统正常运行。

第三实施例

如图5所示，在本发明实施例中，与第二实施例不同的是，本发明实施例中的第一隔离变换单元110为正激式隔离变换器。

在本发明实施例中，第一隔离变换单元110由正激式隔离变压器T1、开关管Q1、PWM控制芯片U1、二极管D6和第一电压反馈网络等主要部分组成。其中，第一隔离变换单元110的输入端接到电池单元200的正、负极，电池单元200的电压经PWM控制芯片U1控制的开关管Q1斩波后由第一隔离变换单元110输出一定电压值的第一直流电压，例如200V，第一直流电压经第一电压反馈网络处理后送至第一隔离变换单元110的PWM控制芯片U1，作为第一隔离变换单元110输出电压反馈信号，以保持第一隔离变换单元110输出的电压不高于第一直流电压，这里对应的为不高于200V，第一隔离变换单元110输出的电压经汇流单元120，与第二输入端122、第三输入端123及第四输入端124的输入电压汇聚之后接至第二隔离变换单元130的输入端。

第四实施例

如图6所示，在本发明实施例中，与第二、三实施例不同的是，本发明实施例中的第一隔离变换单元110为半桥式隔离变换器。

在本发明实施例中，由半桥式隔离变压器T1、开关管Q1与开关管Q3、PWM控制芯片U1、二极管D6与二极管D13和第一电压反馈网络等主要部分组成。其中，第一隔离变换单元110的输入端接到电池单元200的正、负极，电池单元200的电压经PWM控制芯片U1控制的由开关管Q1和开关管Q3构成的半桥式变换器轮流开关变换后，由第一隔离变换单元110输出第一直流电压，例如200V，第一直流电压经第一电压反馈网络处理后送至第一隔离变换单元110的PWM控制芯片U1，作为第一隔离变换单元110输出电压反馈信号，以保持第一隔离变换单元110输出的电压不高于第一直流电压，这里为不高于200V，第一隔离变换单元110输出的电压经汇流单元120，与第二输入端122、第三输入端123及第四输入端124的输入电压汇聚之后接至第二隔离变换单元130的输入端。

第五实施例

如图7所示，在本发明实施例中，与第二、三、四实施例不同的是，本发明实施例中的第一隔离变换单元110为全桥式隔离变换器。

在本发明实施例中，由全桥式隔离变压器T1、开关管Q1，开关管Q3，开关管Q4与开关管Q5、PWM控制芯片U1、二极管D6与二极管D13和第一电压反馈网络等主要部分组成。其中，第一隔离变换单元110的输入端接到电池单元200的正、负极，电池单元200的电压经PWM控制芯片U1控制的由开关管Q1，开关管Q3，开关管Q4与开关管Q5组成的全桥变换器变换后，由第一隔离变换单元110输出200V的第一直流电压，第一直流电压经第一电压反馈网络处理后送至第一隔离变换单元110的PWM控制芯片U1，作为第一隔离变换单元110输出电压反馈信号，以保持第一隔离变换单元110输出的电压不高于第一直流电压，这里对应的为不高于200V，第一隔离变换单元110输出的电压经汇流单元120，与第二输入端122、第三输入端123及第四输入端124的输入电压汇聚之后接至第二隔离变换单元130的输入端。

上述几种发明实施例提供的UPS冷启动电路，通过第一隔离变换单元将电池单元的直流电压输入汇流单元中，汇流单元将电池单元的直流电压与汇流单元的其他输入端输入的电压进行汇总后输出至第二隔离变换单元，以变换成UPS系统工作所需的系统电压；本发明将电池单元的负极及UPS系统的输出端与市电零线进行电气隔离，将电池单元的电能转换成UPS系统工作所需的系统电源，实现无市电从电池单元启动UPS系统的功能，同时又不影响市电直接启动UPS，电路结构简单，实现容易，成本较低，而且通过电气隔离设置使UPS系统的运行更加安全、可靠。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。