不间断电源的制作方法

本公开涉及电源设备领域，特别涉及一种不间断电源。

背景技术：

ups(uninterruptedpowersupply，不间断电源)是供应不间断电能的电源，不会因短暂停电而中断供电，能够有效保护对电源稳定性要求较高的设备。ups含有储能装置，一般是蓄电池。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就是一台交流式电稳压器，同时它还向蓄电池充电；当市电中断(如事故停电)时，ups立即将蓄电池的直流电能，通过逆变器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。

由于ups一经投用便长期运行，ups内的蓄电池长期处于充电状态，将导致蓄电池的化学能与电能相互转化的活性降低，从而使ups独立供电能力大幅降低。为使ups的供电能力维持在较高水平，相关技术是对ups进行定期放电管理。

在实现本公开的过程中，发明人发现现有技术至少存在以下问题：当蓄电池的放电深度(电池放电量与电池额定容量的百分比)达到它的额定容量的目标百分比以下时，会导致电池亏电，使其循环使用次数越来越少，降低ups使用寿命。

技术实现要素：

本公开实施例提供了一种不间断电源，能够在蓄电池放电达到一定程度时及时为蓄电池充电，避免蓄电池放电深度过大引起蓄电池亏电。所述技术方案如下：

本公开提供了一种不间断电源，所述不间断电源包括：蓄电池和开关电路，

所述开关电路包括第一三极管开关支路和第二三极管开关支路，

所述第一三极管开关支路用于，当所述蓄电池在充电时的电量高于第一目标电压时，停止向所述蓄电池充电且控制所述蓄电池向负载供电；

所述第二三极管开关支路用于，当所述蓄电池在向所述负载供电时的电量低于第二目标电压时，停止所述蓄电池向所述负载供电，控制外部电源为所述蓄电池充电且控制所述外部电源向所述负载供电，所述第一目标电压大于所述第二目标电压。

可选地，所述第一三极管开关支路包括：第一上偏置电阻、第一三极管和第一下偏置电阻，

所述第一三极管为型三极管且所述第一三极管的饱和导通电压为所述第一目标电压；

所述第一上偏置电阻的两端分别与所述蓄电池的正极和所述第一下偏置电阻的第一端电连接，

所述第一下偏置电阻的第二端与所述蓄电池的负极电连接，

所述第一三极管的基极连在所述第一上偏置电阻与所述第一下偏置电阻之间，

所述第一三极管的集电极连在所述蓄电池的正极与所述负载的第一输入端之间，所述第一三极管的发射极连在所述蓄电池的负极与所述负载的第二输入端之间。

可选地，所述第一下偏置电阻为可调电阻，

所述第一下偏置电阻的滑动端与所述第一三极管的基极电连接。

可选地，所述第二三极管开关支路包括：第二上偏置电阻、第二三极管和电磁继电器，

所述第一上偏置电阻的阻值大于所述第二上偏置电阻的阻值，

第二三极管为型三极管且所述第二三极管的饱和导通电压为所述第二目标电压；

所述电磁继电器包括线圈、第一常开触点、第一常闭触点和第二常开触点；

所述第二上偏置电阻的一端与所述蓄电池的正极电连接，所述第二上偏置电阻的第二端与所述第一三极管的集电极电连接，

所述第二三极管的基极连在所述第二上偏置电阻的第二端与所述第一三极管的集电极之间，

所述第二三极管的集电极连在所述蓄电池的正极与所述负载的第一输入端之间，所述第二三极管的发射极连在所述蓄电池的负极与所述负载的第二输入端之间，

所述电磁继电器的线圈串接在所述第二三极管的集电极上，所述第一常开触点连在所述蓄电池的正极与所述外部电源的第一输入端之间，所述第一常闭触点连在所述线圈与所述负载的第一输入端之间，所述第二常开触点连在所述蓄电池的正极与所述负载的第一输入端之间。

可选地，所述第二三极管开关电路还包括反向二极管，

所述反向二极管的正极连在所述线圈与所述第二三极管的集电极之间，所述反向二极管的负极连在所述线圈与所述第二上偏置电阻之间。

可选地，所述电磁继电器还包括第四常闭触点，

所述第一三极管开关支路还包括：第二下偏置电阻和第三三极管，

所述第三三极管为型三极管；

所述第二下偏置电阻与所述第一下偏置电阻并联，

所述第三三极管的基极连在所述第二下偏置电阻与所述第一上偏置电阻之间，

所述第三三极管的集电极连在所述第一三极管的集电极与所述第二三极管的基极之间，

所述第三三极管的发射极连在所述第一三极管的发射极与所述第二三极管的发射极之间。

可选地，所述第二下偏置电阻为可调电阻，

所述第二下偏置电阻的滑动端与所述第三三极管的基极电连接。

可选地，所述不间断电源还包括：充电器，

所述蓄电池通过所述充电器与所述外部电源电连接，所述第一常开触点串接在所述充电器的第一输入端与所述外部电源的第一输入端之间。

可选地，所述不间断电源还包括：指示灯，

所述指示灯串接在所述外部电源的第二输入端与所述充电器的第二输入端之间。

可选地，所述不间断电源还包括：逆变器，

所述蓄电池通过所述逆变器与所述负载电连接。

本公开实施例提供的技术方案带来的有益效果是：

通过不间断电源包括蓄电池和开关电路，开关电路包括第一三极管开关支路和第二三极管开关支路，第一三极管开关支路用于，当蓄电池在充电时的电量高于第一目标电压，停止向蓄电池充电且控制蓄电池向负载供电；能够在蓄电池充电完成后对蓄电池进行放电，避免蓄电池长期充电，将蓄电池的供电能力维持在较高水平；第二三极管开关支路用于，当蓄电池在向负载供电时的电量低于第二目标电压时，停止蓄电池向负载供电，控制外部电源为蓄电池充电且控制外部电源向负载供电，第一目标电压大于第二目标电压；能够在蓄电池放电达到一定程度时及时为蓄电池充电，避免蓄电池放电深度过大引起蓄电池亏电，提高蓄电池的使用寿命。

附图说明

为了更清楚地说明本公开实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本公开的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本公开实施例提供的一种不间断电源的结构示意图；

图2是本公开实施例提供的一种不间断电源的结构示意图。

附图中，各电路元件的标号如下：

e蓄电池、1第一三极管开关支路、r1第一上偏置电阻、t1第一三极管、p1第一下偏置电阻、p2第二下偏置电阻、t3第三三极管、2第二三极管开关支路、r2第二上偏置电阻、t2第二三极管、j电磁继电器、k线圈、s1第一常开触点、s2第一常闭触点、s3第二常开触点、s4第四常闭触点、d反向二极管、3充电器、4指示灯、5逆变器、6直流变换器、7滤波器、8整流器。

具体实施方式

为使本公开的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本公开实施方式作进一步地详细描述。

图1是本公开实施例提供的一种不间断电源的结构示意图，参见图1，该不间断电源包括：蓄电池e和开关电路。

开关电路包括第一三极管开关支路1和第二三极管开关支路2。

第一三极管开关支路1用于，当蓄电池e在充电时的电量高于第一目标电压时，停止向蓄电池e充电且控制蓄电池e向负载供电。

第二三极管开关支路2用于，当蓄电池e在向负载供电时的电量低于第二目标电压时，停止蓄电池e向负载供电，控制外部电源为蓄电池e充电且控制外部电源向负载供电，第一目标电压大于第二目标电压。

在本公开实施例中通过不间断电源包括蓄电池e和开关电路，开关电路包括第一三极管开关支路1和第二三极管开关支路2，第一三极管开关支路1用于，当蓄电池e在充电时的电量高于第一目标电压，停止向蓄电池e充电且控制蓄电池e向负载供电；能够在蓄电池e充电完成后对蓄电池e进行放电，避免蓄电池e长期充电，将蓄电池e的供电能力维持在较高水平；第二三极管开关支路2用于，当蓄电池e在向负载供电时的电量低于第二目标电压时，停止蓄电池e向负载供电，控制外部电源为蓄电池e充电且控制外部电源向负载供电，第一目标电压大于第二目标电压；能够在蓄电池e放电达到一定程度时及时为蓄电池e充电，避免蓄电池e放电深度过大引起蓄电池e亏电，提高蓄电池e的使用寿命。因此合理使用和维护蓄电池e，使之保持在良好的运行状态。

此外，由于是通过电路来控制蓄电池e的充放电，不需要计算机控制模块的参与，能够保证在计算机控制模块故障的情况下，也能实现蓄电池e的充放电的可靠控制。

可选地，外部电源可以是市电(220v)。

可选地，第一目标电压可以是蓄电池e的最大工作电压，第二目标电压可以是蓄电池e的最小工作电压，第一目标电压和第二目标电压的值可以基于蓄电池e的额定工作电压设定。例如，蓄电池e的额定工作电压为24v。基于此，第一目标电压可以为27v，第二目标电压可以为22v。

第一三极管开关支路1和第二三极管开关支路2均可以是三极管为主的开关电路。本实施例以npn型三极管为例，介绍一下第一三极管开关支路1和第二三极管开关支路2的电路结构。

示例性地，第一三极管开关支路1包括：第一上偏置电阻r1、第一三极管t1和第一下偏置电阻p1。

第一三极管t1为npn型三极管且第一三极管t1的饱和导通电压为第一目标电压。

第一上偏置电阻r1的两端分别与蓄电池e的正极和第一下偏置电阻p1的第一端电连接。

第一下偏置电阻p1的第二端与蓄电池e的负极电连接。

第一三极管t1的基极连在第一上偏置电阻r1与第一下偏置电阻p1之间。

第一三极管t1的集电极连在蓄电池e的正极与负载的第一输入端之间，第一三极管t1的发射极连在蓄电池e的负极与负载的第二输入端之间。

示例性地，第一下偏置电阻p1为可调电阻，第一下偏置电阻p1的滑动端与第一三极管t1的基极电连接。

与第一三极管开关支路1相匹配地，第二三极管开关支路2包括：第二上偏置电阻r2、第二三极管t2和电磁继电器j。

第一上偏置电阻r1的阻值大于第二上偏置电阻r2的阻值。

第二三极管t2为npn型三极管且第二三极管t2的饱和导通电压为第二目标电压。

电磁继电器j包括线圈k、第一常开触点s1、第一常闭触点s2和第二常开触点s3。

第二上偏置电阻r2的一端与蓄电池e的正极电连接，第二上偏置电阻r2的第二端与第一三极管t1的集电极电连接。

第二三极管t2的基极连在第二上偏置电阻r2的第二端与第一三极管t1的集电极之间。

第二三极管t2的集电极连在蓄电池e的正极与负载的第一输入端之间，第二三极管t2的发射极连在蓄电池e的负极与负载的第二输入端之间。

电磁继电器j的线圈k串接在第二三极管t2的集电极上，第一常开触点s1连在蓄电池e的正极与外部电源的第一输入端之间，第一常闭触点s2连在线圈k与负载的第一输入端之间，第二常开触点s3连在蓄电池e的正极与负载的第一输入端之间。

第一三极管开关支路1为过压检测电路，第二三极管开关支路2为欠压检测电路。第二三极管开关支路2中，第二上偏置电阻r2作为第一三极管t1的集电极的负载电阻，起限流作用，同时作为第二三极管t2的基极的偏置电阻，使第二三极管t2的基极电压高于发射极，从而使第二三极管t2能够导通并饱和；第二三极管t2在蓄电池e的电压下降到第二目标电压时导通，电磁继电器j用于控制充电电路和供电电路的切换。

第一三极管开关支路1中，第一上偏置电阻r1和第一下偏置电阻p1均作为第一三极管t1的基极的偏置电阻，使第一三极管t1基极的电压高于发射极，并稳定在0.7v，从而使第一三极管t1能够导通并饱和；第一三极管t1在蓄电池e的电压达到第一目标电压时导通。

在应用中，可以在ups首次启动时预先对蓄电池e进行充电，以使蓄电池e的电压达到第一目标电压。这样，在ups首次启动时，可以导通第一三极管t1且使得第二三极管t3截止，由于第二三极管t3截止时电磁继电器j不得电，蓄电池e与外部电压之间因第一常开触点s1断开连接，这样，不间断电源的初始工作状态为：蓄电池e向负载供电。当蓄电池e的电压下降达到第二目标电压时，第二三极管t2导通，电磁继电器j的线圈k得电，第一常开触点s1和第二常开触点s3均闭合，外部电源分别向蓄电池e和负载供电；当蓄电池e的电压上升达到第一目标电压时，第一三极管t1导通，第一三极管t1导通后导致第二三极管t2截止，电磁继电器j的线圈k失电，第一常开触点s1和第二常开触点s3从闭合转为断开，外部电源与蓄电池e的连接断开，蓄电池e停止充电，由蓄电池e向负载供电，以此循环。

示例性地，第二三极管开关电路还包括反向二极管d。反向二极管d的正极连在线圈k与第二三极管t2的集电极之间，反向二极管d的负极连在线圈k与第二上偏置电阻r2之间。

反向二极管d的作用为：电磁继电器j释放衔铁时，在线圈k中产生自感电动势，从而导致一个瞬时的冲击电压的存在，引起电感电流跳变，导致一个反向的瞬时大电流，将对第二三极管t2造成损害，利用反向二极管d的单向导通特性，来引走瞬时的大电流，保护第二三极管t2。

示例性地，电磁继电器j还包括第四常闭触点s4。

与第四常闭触点s4相对应地，第一三极管开关支路还包括：第二下偏置电阻p2和第三三极管t3。

第三三极管t3为npn型三极管。

第二下偏置电阻p2与第一下偏置电阻p1并联。

第三三极管t3的基极连在第二下偏置电阻p2与第一上偏置电阻r1之间。

第三三极管t3的集电极连在第一三极管t1的集电极与第二三极管t2的基极之间。

第三三极管t3的发射极连在第一三极管t1的发射极与第二三极管t2的发射极之间。

在应用中，预先为ups充电以确保蓄电池的初始电压高于或等于第一目标电压的操作比较麻烦，为了直接能将ups用到设备中，即ups蓄电池的初始工作电压位于第二目标电压～第一目标电压之间，需要确保第一三极管开关支路能够在第二目标电压～第一目标电压之间控制蓄电池向负载供电。第三三极管t3的导通饱和电压为第二目标电压～第一目标电压，这样，第三三极管t3能够在ups初始工作时导通，以使第二三极管t2截止，电磁继电器不得电，蓄电池e向负载供电。第一上偏置电阻r1和第二下偏置电阻p2均作为第三三极管t3的基极的偏置电阻，使第三三极管t3的基极电压高于发射极，并稳定在0.7v，从而使第三三极管t3能够导通并饱和，第三三极管t3用于蓄电池e的电压在第二目标电压与第一目标电压之间时导通。

示例性地，第二下偏置电阻p2为可调电阻，第二下偏置电阻p2的滑动端与第三三极管t3的基极电连接。

分别将第一下偏置电阻p1和第二下偏置电阻p2设置为可调电阻，好处在于，通过逐渐调节可调电阻的阻值，同步测量三极管(t1和t3)的集电极和发射极的电压，使三极管(t1和t3)的集电极与发射极进入饱和与放大的边界，确认达到饱和状态，以更精确的设置电阻参数。需要说明的是，可调电阻的调节是预先进行，在ups工作时，可调电阻的电阻值为定值。

此外，随着蓄电池e的使用，其工作电压会有所衰减的，可以通过可调电阻使t1和t2能导通，提高ups的使用寿命。

示例性地，不间断电源还包括：充电器3。

蓄电池e通过充电器3与外部电源电连接，第一常开触点s1串接在充电器3的第一输入端与外部电源的第一输入端之间。

充电器3用于，将外部电源的电压转换为蓄电池e的输入电压。

示例性地，不间断电源还包括：指示灯4。

指示灯4串接在外部电源的第二输入端与充电器3的第二输入端之间。

指示灯4用于，在外部电源与充电器3连通时点亮，提示用户蓄电池e为充电状态。

需要说明的是，本实施例不限制r1/r2/p1/p2(r1>>r2)的取值，仅需要选择合适的r1/r2/p1/p2，使得第一三极管t1在蓄电池e电压＝第一目标电压时处于饱和状态，在蓄电池e电压＝第二目标电压时，t3饱和导通。

可选地，蓄电池e的额定工作电压为24v，第一目标电压可以为27v，第二目标电压可以为22v，相应地，r1＝56kω，r2＝2.2kω，p1＝p2＝12kω，各个三极管(第一至第三三极管)的型号可以是9013系列；电磁继电器j的型号可以为jqx-4f。

按照蓄电池e的电压进行划分，该不间断电源支持三种工作模式，模式(1)、模式(2)和模式(3)，具体介绍如下。

模式(1)中，22v＜蓄电池e电压≤27v，这时，第三三极管t3饱和集电极导通，第二三极管t2截止断开；蓄电池e向负载供电。其中，ups的初始工作状态可以为模式(1)。

模式(2)中，蓄电池e电压≤22v，这时，第二三极管t2饱和集电极导通，第一三极管t1、第三三极管t3截止断开，电磁继电器j的线圈k得电，电源开始向蓄电池e充电。

模式(3)中，蓄电池e电压＞27v，这时，第一三极管t1饱和集电极导通，第二三极管t2截止断开，线圈k失电，接着第三三极管t3饱和集电极导通(t1低于27v不会截止，很长时间会和t2同时工作，低于22v才会截止)，停止充电，恢复电池供电。

第三三极管t3的基极电流ib3为：ib3＝(e-vr1-vbe)/p2上-vbe/p2下；vr1为r1的电压，p2上为p2滑动端处上段的电阻，p2下为p2滑动端处下段的电阻。

第一三极管t1的基极电流ib1为：ib1＝(e-vr1-vbe)/p1上-vbe/p1下；p1上为p1滑动端处上段的电阻，p1下为p1滑动端处下段的电阻。

其中，三极管(t1～t3)的基极与发射极的电压vbe＝0.7v，此为三极管的导通电压。

不间断电源初始工作时，通过设置p2值(p2上下降，p2下上升)使得ib3上升，第三三极管t3集电极达到饱和区；第三三极管t3作为第二三极管t2的开关相当于开关闭合，第二三极管t2的集电极与发射极的电压vce<0.3v(此为三极管的截止电压)，此时第二三极管t2截止。

当e欠压电压<22v时，ib1和ib3下降，vbe<0.7v，t1、t3截止，t2的vbe上升；t2的电流ib2上升，导致t2集电极饱和导通，开始充电。

充电时e逐渐增大，t1的vbe上升，ib1上升，t1从截止状态到放大状态再到饱和导通，此时vce<0.3v，t2的vbe<0.3，t2截止，s3闭合，t3饱和导通，向负载供电。

图2是本公开实施例提供的一种不间断电源的结构示意图。参见图2，示例性地，该不间断电源还包括：逆变器5。

蓄电池e通过逆变器5与负载电连接。

逆变器5用于，将蓄电池e提供的直流电转换为交流电并提供给负载。

参见图2，可选地，不间断电源还包括：直流变换器6。

直流变换器6连在蓄电池e与逆变器5之间。

直流变换器6用于，对蓄电池e提供的直流电电压进行升压，以达到ups设计的直流母线电压。

参见图2，可选地，不间断电源还包括：滤波器7。

滤波器7连在逆变器5与负载之间。

滤波器7用于，对逆变器5输出的交流电进行滤波处理。

参见图2，可选地，不间断电源还包括：整流器8。

充电器3、蓄电池e和直流变换器6的串接电路与整流器8并联。

整流器8用于，对外部电源输出的交流电进行整流处理并转换为直流电，整流处理后的直流电流与直流变换器6的直流电流共同进入逆变器5，减小ups回馈到电网的谐波污染，提高ups对电网的利用率。

以上所述仅为本公开的可选实施例，并不用以限制本公开，凡在本公开的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。