交直流不間斷電源制造技術

本實用新型專利技術是一種交直流不間斷電源，市電的零線和蓄電池的負極接到一起。在市電正常時，將市電直接饋送到用戶設備，同時對蓄電池充電；在市電中斷，或超過預先設定的安全范圍時，自動切換至蓄電池供電。切換采用靜態開關，動作時間小于４０微秒。整機無功率器件，在保持傳統不間斷電源所有必要特征的同時，成本、體積、重量、功耗均為相同功率傳統不間斷電源的千分之一。（*該技術在2011年保護過期，可自由使用*）

【技術實現步驟摘要】

本技術是一種交直流不間斷電源。不間斷電源有兩種模式傳統模式不間斷電源，有逆變器，輸出交流電壓；現代模式不間斷電源，無逆變器，輸出直流電壓。無逆變器不間斷電源(專利號97241194)、無功耗不間斷電源(專利號00114301)、綠色不間斷電源(專利號00116067)和內置式不間斷電源(專利號00131233)等，都屬現代模式不間斷電源。如果把不間斷電源用其提供給用戶設備的電壓為特征進行分類的話，則傳統模式不間斷電源是交流不間斷電源，而現代模式不間斷電源是直流不間斷電源。傳統模式不間斷電源太大太笨，生產、設計、運行、維護都十分困難。現代模式不間斷電源具有與傳統模式不間斷電源完全相同的外部特征，而各項性能均大大超過。與傳統不間斷電源相比，無逆變器不間斷電源的成本、體積、重量、功耗均減少了90％；與無逆變器不間斷電源相比，無功耗不間斷電源的成本、體積、重量、功耗又減少了90％；與無功耗不間斷電源相比，綠色不間斷電源對電網的諧波污染從95.6％減少到3％以下，而功率因數從68％提高到99.9％以上；與綠色不間斷電源相比，內置式不間斷電源成本、體積、重量、功耗又減少了50％以上，并大大提高了系統運行的穩定性。無論是傳統模式不間斷電源，還是現代模式不間斷電源，都必須帶有兩路靜態旁路開關，以便在不間斷電源本身出現故障時，切換到交流市電供電，在故障排除后切換到不間斷電源供電，如附圖說明圖1所示。傳統模式不間斷電源或現代模式不間斷電源在一路電壓切斷，另一路電壓接入的瞬變過程中，兩路電壓差的瞬時值，會在接入旁路電路和逆變器電路之間產生環流。因為UPS什么時候壞，完全是隨機的，切換時兩路電壓差的瞬時值可能達到交流電壓瞬時值的兩倍，單相時為600-800V，其波形關于X軸為對稱，請參見圖2。由于交流市電和不間斷電源兩者的內阻都很小，因此產生的環流極大，其破壞性也極大。為了避免這種災難性的后果，傳統不間斷電源輸出的交流電壓必須時時刻刻與交流市電保持同頻率，同相位，同幅度，其電路的復雜可想而知。旁路開關的切換有同步切換和非同步切換兩種方式，典型的切換時間分別是10毫秒(兩路靜態開關)和0.2-0.8秒(一路靜態開關)，在既無交流市電供電，又無逆變器供電的情況下，至少有10毫秒的時間，用戶設備僅僅依靠接在濾波器后面的電解電容提供電能，這無疑對系統的穩定和安全構成了嚴重的威脅。現代模式不間斷電源，同樣面臨著上述相同的問題，請參見圖3。圖中，切換時兩路電壓瞬時值疊加后，同樣有可能達到600-800V。本技術的目的是為了解決上述兩大難題，并進一步減少成本、體積、重量、功耗，進一步提高系統的穩定性和安全性，把不間斷電源推向最后完美的境界。本技術的目的是以下述方案實現的有市電時，提供給用戶設備的是交流電壓，市電仃電時，提供給用戶設備的是直流電壓，也就是本技術的名稱所表達的含義之所在交直流不間斷電源。說得直接一點就是有市電時用靜態開關把市電直接接到用戶設備的輸入端，同時對蓄電池進行充電；市電仃電時，用靜態開關把蓄電池的直流電壓接到用戶設備的輸入端。因為用的是靜態開關，接入時間少于40微秒。同時，交流、直流兩路電源四根進線有兩根是共用的，在切換的瞬變過程中，兩路電壓峰峰值不會超過其中一路的最大值(請參考圖4)，完全避免了瞬變過程中出現的災難性后果。因此，交直流不間斷電源有以下特點1.解決了不間斷電源普遍存在的交流旁路的問題。2.除兩個靜態開關外，沒有任何功率器件，除觸發控制電路外，沒有任何其他元器件，元器件的數目減至最少，系統的可靠性和運行的安全性大大提高，同時使其成本、體積、重量、功耗均為相同容量傳統不不間斷電源的千分之一，。圖1是不間斷電源靜態開關接入方框圖，圖2是傳統不間斷電源切換過程中出現的瞬變電壓。圖3是現代模式不間斷電源切換過程中出現的瞬變電壓。圖4是交直流不間斷電源切換過程中出現的瞬變電壓。圖5是交直流不間斷電源方框圖，圖6是交直流不間斷電源原理電路圖，圖1-圖3前面已有述及。圖5是本技術的框圖，圖中包括靜態開關A、靜態開關B、充電電路C和蓄電池E1，市電在正常時，經過靜態開關A進入用戶設備，同時通過充電電路C對蓄電池E1充電，市電仃電時，蓄電池電壓經過靜態開關B進入用戶設備；市電只有火線接有靜態開關A，蓄電池只有正極接有靜態開關B，市電的零線和蓄電池的負極接到一起，整機不包括功率器件。圖6中的靜態開關A由雙向可控硅SCR1組成，光電耦合器件OPT3、OPT4和控制電路U2及其周圍元件組成了SCR1的觸發電路；OPT3發光管的陽極通過電阻R10接Vc3，其陰極通過電位器VR5接地，OPT3三極管的發射極通過電阻R9接地，其集電極接Vcc，U2-1接地，U2-3通過電容C2接地，U2-2通過電阻R11、U2-6通過電阻R12同時接OPT3三極管的發射極，U2-2通過電位器VR7、U2-6通過電位器VR6同時接地，U2-4、U2-8同時接Vcc；OPT4二極管的陽極通過電阻R16接U2-3，其陰極通過電位器VR8接D點，OPT4三極管的集電極通過電阻R19接Vc1，同時通過電解電容C4接D點，SCR1的T1接市電火線，OPT4三極管的發射極接三極管Q3的基極，同時通過電阻R15接D點，三極管Q3、Q4的集電極接OPT4三極管的集電極，Q3的發射極接Q4的基極，同時通過電阻R14接D點，Q4的發射極接SCR1的柵極，同時通過電阻R13接D點，SCR2的T2也接D點。當市電為設定的正常范圍內的極大值時，調節VR5，使OPT3發光二極管內流過正常電流，通過三極管部份的放大作用，再調節VR6、VR7使加到U2-2、U2-6的電平都接近0.67Vcc，并保持U2-2的電平比U2-6的電平略小，例如小0.05Vcc。此時，U2-3輸出高電平，調節VR8，使OPT4發光管流過正常電流，則Q3、Q4導通，于是SCR1也導通，市電加到輸出端D點。這里，OPT3、OPT4將三種電壓隔離；要檢測的市電電壓、U2的工作電壓、SCR1陽極和陰極間的電壓。當市電超過設定的正常范圍時，U2-6的電平超過0.67Vcc，則U2-3輸出低電平，流過OPT4發光管流的電流為零，Q3、Q4截止，于是SCR1也截止，市電加不到輸出端D點。當市電回落到使U2-6的電平為0.67Vcc時，U2-3的輸出仍保持零電平，只有當市電回落到使U2-6的電平小于0.67-0.05＝0.62Vcc時，U2-3才輸出高電平，SCR1重新導通，恢復交流供電。U2-6和U2-2之間的電平差值，是緩沖區間，避免靜態開關在接近市電正常范圍的高端極限值時頻繁動作。圖6的靜態開關B由可控硅SCR2組成，光電耦合器件OPT1、OPT2和控制電路U1、或門U3、非門U4及其周圍元件組成了SCR2的觸發電路；OPT1發光管的陽極通過電阻R2接Vc3，其陰極通過電位器VR1接地，OPT1三極管的發射極通過電阻R1接地，其集電極接Vcc，U1-1接地，U1-3通過電容C1接地，U1-2通過電阻R3、U1-6通過電阻R4同時接OPT1三極管的發射極，U1-2通過電位器VR3、U1-6通過電位器VR2時接地，U1-4、U1-8同時接Vcc；OPT2二極管的陽極通過電阻R8本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種交直流不間斷電源，其特征在于：整個不間斷電源僅包括靜態開關Ａ、靜態開關Ｂ、充電電路Ｃ和蓄電池Ｅ１，市電在正常時，經過靜態開關Ａ進入用戶設備，同時通過充電電路Ｃ對蓄電池Ｅ１充電，市電仃電時，蓄電池電壓經過靜態開關Ｂ進入用戶設備；市電只有火線接有靜態開關Ａ，蓄電池只有正極接有靜態開關Ｂ，市電的零線和蓄電池的負極接到一起，整機不包括功率器件。

【技術特征摘要】
1.一種交直流不間斷電源，其特征在于整個不間斷電源僅包括靜態開關A、靜態開關B、充電電路C和蓄電池E1，市電在正常時，經過靜態開關A進入用戶設備，同時通過充電電路C對蓄電池E1充電，市電仃電時，蓄電池電壓經過靜態開關B進入用戶設備；市電只有火線接有靜態開關A，蓄電池只有正極接有靜態開關B，市電的零線和蓄電池的負極接到一起，整機不包括功率器件。2.根據權利要求1所述的電源，其特征在于靜態開關A由雙向可控硅SCR1組成，光電耦合器件OPT3、OPT4和控制電路U2及其周圍元件組成了SCR1的觸發電路；OPT3發光管的陽極通過電阻R10接市電火線，其陰極通過電位器VR5接地，OPT3三極管的發射極通過電阻R9接地，其集電極接Vcc，U2-1接地，U2-3通過電容C2接地，U2-2通過電阻R11、U2-6通過電阻R12同時接OPT3三極管的發射極，U2-2通過電位器VR7、U2-6通過電位器VR6同時接地，U2-4、U2-8同時接Vcc；OPT4二極管的陽極通過電阻R16接U2-3，其陰極通過電位器VR8接D點，OPT4三極管的集電極通過電阻R19接交流火線和SCR1的陽極，同時通過電解電容C4接D點，OPT4三極管的發射極接三極管Q3的基極，同時通過電阻R15接D點，三極管Q3、Q4的集電極接OPT三極管的集電極，Q3的發射極接Q4的基極，同時通過電阻R14接D點，Q4的發射極接SCR1的柵極，同時通過電阻R13接D點。3.根據權利...

【專利技術屬性】
技術研發人員：郁百超，
申請(專利權)人：郁百超，
類型：實用新型
國別省市：83[中國|武漢]