专利名称:不间断供电装置的制作方法
本实用新型是一种供电装置，更具体地说，涉及一种无切换时间的不间断供电装置。
随着电子技术的发展，各种类型的电子技术已在各个领域中得到广泛应用。同时，对供电装置的要求也愈来愈高，除对电压、频率、波形等要求较高外，很大一部分连续工作的装置，则要求供电不得中断。例如，电网突然停电，将使正在运转的电子计算机工作中断，或者造成对连续生产过程的失控而引起重大事故；或者使通风系统瘫痪；或者使隧道、机场的照明及导航中断等，这有时会导致严重的甚至不堪设想的后果。电网电压的波动、供电线路的瞬间电振荡、电压波形的畸变及各种电噪声的干扰等，如果超过了充放的范围，也会影响重要设备稳定可靠的连续运转。
为了满足上述要求，各种不间断供电系统(简称UPS)应运而生并得到广泛地应用。比如，美国NOVA的SuPER NO A12－8050－1型、TOPAZ的POWERMAKER和ELGAR的SPR350已满足了部份设备和仪器的要求。但是，由于这些UPS仍存在着切换时间或波形的问题，所以大大缩小了UPS的应用范围。芬兰ICA公司的UPS800不间断供电系统(“国际经贸消息”1986.9.14)克服了上述缺点。该系统的主要技术特征是将电网交流电通过AC／DC变换器变成直流电，经DC／DC隔离变换器由DC／AC逆变器再变换成220伏、50HZ的交流电供给负载；当电网电压正常时，在给负载供电的同时，经AC／DC变换器获得直流、通过DC／DC变换器对蓄电池组充电；当电网电压不足或断电时，蓄电池组经由DC／DC变换器、DC／DC隔离变换器、DC／AC逆变器对负载供电。该系统在国内试用的结果表明正常开机可靠性差。此外，该产品的电子元器件主要来来自日本、意大利和美国。
本实用新型的目的在于开发一种开机可靠性高、电子元器件可选范范围广、高效轻便的不间断供电装置。
本实用新型的主要技术构思是采用高频合成技术并在控制器与PWM电压调节器之间设置慢启动器。
图1是本实用新型供电装置的原理框图。
图2为组合开关单元电路图。
图3是DC／AC逆变器原理框图。
图4是驱动器电路原理图。
图5是慢启动过程控制线路原理图。
本实用新型的实施方案及作用方式结合如下如图1所示，电网交流电通过电源滤波器(1－1)滤出杂波干扰信号，由AC／DC变换器(1－2)变换成直流电，经PWM电压调节器(1－3)，入DC／DC隔离变换器(1－4)，再由DC／AC逆变器(1－5)变成220伏、50HZ的交流电)，经输出滤波器(1－6)供给负载；当电网电压正常时，从B点经PWM充电器(1－12)对蓄电池组(1－7)充电；当电网电压不足或断电时，蓄电池组(1－7)经DC／DC升压变换器(1－8)至B点，再由(1－3)、(1－4)、(1－5)、(1－6)、对负载供电；控制器(1－10)的输入信号来自B点，(1－4)、(1－7)并输出控制信号控制(1－3)、(1－4)、(1－5)、(1－8)、报警器(1－11)、(1－12)，本实用新型的特征在于所述的DC／AC逆变器(1－5)采用高频合成技术。
如图1所示，所说的(1－3)、(1－4)、(1－5)、(1－8)采用功率MOS管和晶体管相结合的开关单元，工作在开关状态，自身功耗很小，使得本装置的高效率有了基础。
如图2所示，所说的开关单元由功率MOS管T1和T3、功率开关晶体管T2以及相应的电阻、电容和二极管所构成。它们的参数应根据不同国家和地区的电压值和本装置的功率值来确定。为了提高效率，必须用很小的功率来可靠地控制开关单元的开与关，又要求受高压，又要高速响应，而从目前能得到的器件(不论国内外市场)来讲，功率MOS管具有控制功率小，(即输入阻抗高)，响应快，但功率小(导通电流小)的特点，而功率晶体管具有功率大(导通电流大)，但控制功率大(输入阻抗低)、响应速度慢的特点，二者组合起来，可以扬长避短，构成新型开关单元。
图1所说的DC／AC逆变器(1－5)如图3所示，由高频载波信号发生器(3－1)产生高频脉冲信号，由工频信号发生器(3－5)产生正弦波信号，高频脉冲信号经调制合成器(3－2)被工频信号调制合成为脉冲宽度随正弦变化的脉冲序列，输入到驱动器(3－3)的输入端，驱动器(3－3)又把来自(1－4)的高电压直流电变换成宽度随正弦变化的高压脉冲序列，经解调器(3－4)被解调成工频电压，供给负载。
图3所说的驱动器(3－3)如图4所示，其中K1－K4为组合开关单元。K2和K3导通时，K1和K4就截止，反之亦然。K2和K3的控制端为N′，K1和K4的控制端为N，N和N′的信号来自图3的(3－2)，M和M′输出到图3的(3－4)经解调后就获得工频电压。电压源E等效于来自(1－4)的直流高压。而其中的K1－K4都工作在开关状态，自身功耕很小，从而为高效率奠定了基础。同时，由于具有换向作用，就去掉了笨重的工频变压器，减轻了本装置的重量，缩小了其体积，这是高频合成技术的主要优点之一。
如图1所示，在(1－3)、和(1－10)之间设置慢启动器(1－9)。
如图5所示，所述的慢启动过程控制线路由(1－3)、(1－4)和(1－9)构成，其中(1－3)由组合开关单元K5、电感L1、电解C1和二极管D1构成串联开关电源；取样变压器B2，全桥整流器D3～D6及脉冲宽度调制器PWM构成取样调节电路路。其中(1－4)由二组组合开关单元K6和K7构成推挽功率电路以及高频变压器B1和全桥整流D7～D10构成。所述的慢启动控制器(1－9)是由电压比较器IC1、等效的“与”门IC2、D2以及由R和C2组成的RC电路所构成。在启动时，来自(1－10)的高电平加在Y点，电流经电阻R向电容C2充电。Z点电压UZ＝UY(1－－t／RC)，其中UY为Y点的高电平，把UZ输入到IC1的“＋”端，同时由控制器(1－10)产生的锯齿波在X点加在IC1的“－”端，在IC1的输出端就得到脉宽为τ＝τ0·UZ／UX(UZ≤UX)的脉冲序列，其中τ0近似于锯齿波的周期，UX为锯齿波的幅度。启动时，UZ的电压逐渐升高，随之输出端的脉冲宽度逐渐增加。慢启动过程结束后，输出电压UZ为高电平。U4为U2和U3的“与”信号，这就保证了启动时脉冲序列由窄逐渐变宽，而变化的时间可通过调节R和C2来确定，从而确保了组合开关单元无过压现象，确保了本机启动时可靠性，扩大了元器件的可选范围。
设置慢启动控制器(1－9)的理论根据是B点的高压(200－350伏)经串联开关电源加至高频变压器B1输入端的中心抽头。由串联开关电源的公式可知，输入电压U1和输出电压U0的关系为U0＝U1δ，其中，δ＝Ton／T(Ton为组合开关单元的导通时间，T为脉冲的周期)。开机即加在截止组合单元上的电压V＞2Uo＝2Ui＝400～700伏，组合开关单元采用的功率MOS管(TP4N50)的最高耐压为500伏，所以开机的瞬间会被击穿。采用所述的慢启动控制线路后，(1－9)中IC1输出的脉冲序列与所述的取样调节环输出信号，通过“与”的关系后加至K5的控制端，在开机时，脉冲很窄，K5的导通时间Ton很小，δ＝Ton／T就很小，所以Uo＝Uiδ就很小；当本机进入稳态后，所述取样调节环路的取样电压建立后，就恢复其控制精度和响应速度。
本供电装置可用于微型电子计算机，办公室自动化，现金收入记录机和分销点系统，研究用设备，保安队出入通道控制和工作记录系统，数据网络，电子控制的银行和电话设备等。
本装置应用于微机及其他设备的测试结果表明，本装置无切换时间，运行时无令人厌烦的噪音，输入交流电压可为198～242伏，频率可为45～440HZ，50HZ一个周期中瞬时可承受的最大功率为2KW，电能转换效率为80％以上，输出电压的稳定度为220伏±2％，频率稳定度为50HZ±0.005％，失真度小于5％(THD)。此外，可选用国内外各种元器件互相代换，不仅不影响整机的稳定可靠，而且安装、维修、使用方便，体积小，重量轻，便于携带。特别是采用慢启动控制线路后，开机非常安全可靠。
权利要求
1.一种不间断供电装置，它包括电网交流电通过电源滤波器(1-1)由AC/DC变换器(1-2)变换成直流电，经PWM电压调节器(1-3)入DC/DC隔离变换器(1-4)，再由DC/AC逆变器(1-5)变成220伏、50HZ的交流电经输出滤波器(1-6)供给负载；当电网电压正常时，从B点经PWM充电器(1-12)对蓄电池组(1-7)充电；当电网电压不足或断电时，蓄电池组(1-7)经DC/DC升压变换器(1-8)至B点，再由(1-3)、(1-4)、(1-5)、(1-6)对负载供电；控制器(1-10)的输入信号来自B点、(1-4)、(1-7)並输出控制信号控制(1-3)、(1-4)、(1-5)、(1-8)、(1-11)、(1-12)，所说的逆变器(1-5)由高频载波信号发生器(3-1)产生高频脉冲信号，由工频调制信号发生器(3-4)产生正弦波信号，高频脉冲信号经调制合成器(3-2)被工频信号调制合成为脉冲宽度随正弦波变化的脉冲序列输入到驱动器(3-3)的输入端，驱动器(3-3)又把高压直流电变换成宽度随正弦变化的高压脉冲，经解调器(3-1)被解调成工频电压供给负载，本实用新型特征是在(1-3)、和(1-10)之间设置慢启动器(1-9)，所述的慢启动过程控制线路由(1-3)、(1-4)和(1-9)构成；-(1-3)由组合开关单元K5、电感L1、电解电容C1和二极管D1构成串联开关电源，取样变压器B2、全桥整流器D3～D6及脉冲宽度调制器PWM组成的取样调节电路所构成；-(1-4)由二组组合开关单元K6和K7构成推挽功率电路以及高频变压器B1和全桥整流D7-D10构成；-(1-9)由电压比较器IC1、等效的“与”门IC2、D2以及由R和C2组成的RC电路所构成；启动时，来自(1-10)的高电平加在Y点，电流经电阻R向电容C充电，Z点电压UZ=UY(1-e-t/RC)，其中UY为Y点的高电平，把UZ输入到IC1的“+”端，同时由控制器(1-10)产生的锯齿波在X点加在IC1的“-”端，在IC1的输出端得到脉宽为τ=0(UZ)/(UX) (UZ≤Ux)的脉冲序列，其中τ0近似于锯齿波的周期，UX为锯齿波的幅度，启动时，UZ的电压逐渐升高，随之输出端的脉冲宽度也逐渐增加，慢启动过程结束后，输出电压U3为高电平，U4为U2和U3的“与”信号。
专利摘要
本实用新型介绍了一种无切换时间的不间断供电装置。本装置采用高频合成技术，主要由AC/DC变换器(1-2)、PWM电压调节器(1-3)、慢启动控制器(1-9)、DC/DC隔离直流变换器(1-4)、DC/AC逆变器(1-5)、PWM充电器(1-12)、DC/DC升压变换器(1-8)、控制器(1-10)及蓄电池组(1-7)构成。本装置的优点是无切换时间，无噪音，交流输入允许波动范围大，单相交流输出稳定可靠，效率高，失真小，元器件的可选范围广。特别是增加了慢启动控制器后，使本装置开机运行时更加安全可靠。
文档编号H02J7/00GK87200105SQ87200105
公开日1988年2月24日 申请日期1987年1月10日
发明者郁开发, 沈来申, 曹雪泳, 张家平, 胡乙钢 申请人:郁开发导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan