本發(fā)明屬于電路領(lǐng)域，尤其涉及一種UPS冷啟動(dòng)電路。

背景技術(shù)：

UPS(Uninterruptible Power System/Uninterruptible Power Supply，不間斷電源)是將電池與主機(jī)相連接，通過主機(jī)逆變器等模塊電路將直流電轉(zhuǎn)換成市電的系統(tǒng)設(shè)備。主要用于給單臺(tái)計(jì)算機(jī)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)或其它電力電子設(shè)備如電磁閥、壓力變送器等提供穩(wěn)定、不間斷的電力供應(yīng)。常用的UPS包括在線式UPS系統(tǒng)，這種系統(tǒng)不管電網(wǎng)電壓是否正常，負(fù)載所用的交流電壓都要經(jīng)過逆變電路，即逆變電路始終處于工作狀態(tài)，在線式UPS一般為雙變換結(jié)構(gòu)，所謂雙變換是指UPS正常工作時(shí)，電能經(jīng)過了AC/DC、DC/AC兩次變換后再供給負(fù)載，當(dāng)前在線式雙變換UPS電池冷啟動(dòng)有如下兩種方式實(shí)現(xiàn)。

其一，如圖1所示的一種現(xiàn)有的在線式UPS用電池冷啟動(dòng)電路，UPS系統(tǒng)電源的輸入直接接在電池單元200正負(fù)極，這樣做的缺點(diǎn)是，UPS必須接電池單元200才能啟動(dòng)UPS，或者在沒接電池單元200，用市電啟動(dòng)UPS時(shí)，UPS內(nèi)部的充電器必須先工作，讓充電器提供系統(tǒng)電源輸入所需的電壓，而這類充電器的輸入均直接接到UPS的輸入零火線上，在工作的過程中產(chǎn)生的高次諧波會(huì)直接返回到UPS的輸入端口，對電網(wǎng)質(zhì)量造成污染，影響整機(jī)的效率及傳導(dǎo)和輻射騷擾，其產(chǎn)生的電磁波也會(huì)對空間范圍內(nèi)的設(shè)備或人員造成干擾。

其二，如圖2所示的另一種現(xiàn)有的在線式UPS用電池冷啟動(dòng)電路，UPS系統(tǒng)電源的輸入直接接在UPS內(nèi)部高壓母線上，電池單元200和母線用電路連接，按冷啟動(dòng)開關(guān)后對UPS內(nèi)部高壓母線進(jìn)行充電，母線電壓升高到系統(tǒng)電源工作點(diǎn)后，UPS系統(tǒng)電源開始工作，之后控制器控制電池升壓電路對母線持續(xù)供電，其缺點(diǎn)是需要專門配備冷啟動(dòng)板，冷啟動(dòng)板上用到晶閘管，用晶閘管就需加專門的驅(qū)動(dòng)電路，成本會(huì)很高，且該冷啟動(dòng)電路在電池電壓較低的時(shí)候會(huì)出現(xiàn)啟動(dòng)失敗的情況，另外它適用于三相四線制雙電池單元200的UPS，其電池單元200必須帶中性抽頭，對于單項(xiàng)輸入單電池單元200UPS不適用，另一個(gè)缺點(diǎn)是輔助電源輸入電壓會(huì)很高，必須選取1600V耐壓開關(guān)管或者使用兩只900V的器件串聯(lián)做開關(guān)管，經(jīng)濟(jì)性較差，技術(shù)難度較大。

綜上所述，現(xiàn)有的在線式UPS冷啟動(dòng)電路不但安全性差，而且技術(shù)實(shí)現(xiàn)難度大，成本較高。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明實(shí)施例提供了一種UPS用UPS冷啟動(dòng)電路，旨在解決現(xiàn)有的在線式UPS冷啟動(dòng)電路不但安全性差，而且技術(shù)實(shí)現(xiàn)難度大，成本較高的問題。

本發(fā)明實(shí)施例是這樣實(shí)現(xiàn)的，一種UPS冷啟動(dòng)電路，所述UPS冷啟動(dòng)電路與電池單元及UPS系統(tǒng)負(fù)載單元相連，包括：

第一隔離變換單元、匯流單元，以及第二隔離變換單元；

所述第一隔離變換單元的輸入端與所述電池單元連接；

所述匯流單元具有多個(gè)輸入端，所述第一隔離變換單元的輸出端與所述匯流單元的多個(gè)輸入端中的第一輸入端相連；

所述第二隔離變換單元的輸入端與所述匯流單元的輸出端連接，所述第二隔離變換單元的輸出端與所述UPS系統(tǒng)負(fù)載單元連接。

本發(fā)明實(shí)施例提供了一種UPS用UPS冷啟動(dòng)電路，通過第一隔離變換單元將電池單元的直流電壓輸入?yún)R流單元中，匯流單元將電池單元的直流電壓與匯流單元的其他輸入端輸入的電壓進(jìn)行匯總后輸出至第二隔離變換單元，以形成UPS系統(tǒng)工作所需的系統(tǒng)電壓；本發(fā)明將電池單元的負(fù)極及UPS系統(tǒng)的輸出端與市電零線進(jìn)行電氣隔離，將電池單元的電能轉(zhuǎn)換成UPS系統(tǒng)工作所需的系統(tǒng)電源，實(shí)現(xiàn)無市電從電池單元啟動(dòng)UPS系統(tǒng)的功能，同時(shí)又不影響市電直接啟動(dòng)UPS，電路結(jié)構(gòu)簡單，實(shí)現(xiàn)容易，成本較低，而且通過電氣隔離設(shè)置使UPS系統(tǒng)的運(yùn)行更加安全可靠。

附圖說明

圖1是現(xiàn)有技術(shù)提供的一種UPS冷啟動(dòng)電路圖；

圖2是現(xiàn)有技術(shù)提供的另一種UPS冷啟動(dòng)電路圖；

圖3是本發(fā)明第一實(shí)施例提供的UPS冷啟動(dòng)電路模塊圖；

圖4是本發(fā)明第二實(shí)施例提供的UPS冷啟動(dòng)電路的原理圖；

圖5是本發(fā)明第三實(shí)施例提供的UPS冷啟動(dòng)電路的原理圖；

圖6是本發(fā)明第四實(shí)施例提供的UPS冷啟動(dòng)電路的原理圖；

圖7是本發(fā)明第五實(shí)施例提供的UPS冷啟動(dòng)電路的原理圖。

具體實(shí)施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

本發(fā)明實(shí)施例提供了一種UPS冷啟動(dòng)電路，通過第一隔離變換單元將電池單元的直流電壓輸入?yún)R流單元中，匯流單元將電池單元的直流電壓與匯流單元的其他輸入端輸入的電壓進(jìn)行匯總后輸出至第二隔離變換單元，以形成UPS系統(tǒng)工作所需的系統(tǒng)電壓；本發(fā)明將電池單元的負(fù)極及UPS系統(tǒng)的輸出端與市電零線進(jìn)行電氣隔離，將電池單元的電能轉(zhuǎn)換成UPS系統(tǒng)工作所需的系統(tǒng)電源，實(shí)現(xiàn)無市電從電池單元啟動(dòng)UPS系統(tǒng)的功能，同時(shí)又不影響市電直接啟動(dòng)UPS，電路結(jié)構(gòu)簡單，實(shí)現(xiàn)容易，成本較低，而且通過電氣隔離設(shè)置使UPS系統(tǒng)的運(yùn)行更加安全可靠。

第一實(shí)施例

如圖3所示，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種UPS冷啟動(dòng)電路100，應(yīng)用于在線式UPS系統(tǒng)，該UPS冷啟動(dòng)電路100與電池單元200及UPS系統(tǒng)負(fù)載單元300相連。其中，電池單元100為直流電源，是維持電路中形成穩(wěn)恒電流的裝置，如干電池、蓄電池等裝置。UPS系統(tǒng)負(fù)載單元300即UPS啟動(dòng)工作的負(fù)載，通過UPS冷啟動(dòng)電路100提供UPS系統(tǒng)負(fù)載單元300進(jìn)入正常工作狀態(tài)的啟動(dòng)電壓，實(shí)現(xiàn)了電池單元200對UPS系統(tǒng)的冷啟動(dòng)功能。本發(fā)明中，UPS冷啟動(dòng)電路100包括：第一隔離變換單元110、匯流單元120，以及第二隔離變換單元130。

在本發(fā)明實(shí)施例中，第一隔離變換單元110的輸入端與電池單元200連接；匯流單元120具有多個(gè)輸入端，第一隔離變換單元110的輸出端與匯流單元120的多個(gè)輸入端中的第一輸入端121相連；第二隔離變換單元130的輸入端與匯流單元120的輸出端連接，第二隔離變換單元130的輸出端與負(fù)載單元300連接。

在本發(fā)明實(shí)施例中，匯流單元120的多個(gè)輸入端中還包括以下的一種或多種組合：與市電火線連接的第二輸入端122；與市電旁路火線連接的第三輸入端123；以及與正母線連接的第四輸入端124。其中，第一輸入端121、第二輸入端122、第三輸入端123及第四輸入端124具有多路輸入公共端125，該多路輸入公共端125與市電零線相連。

在本發(fā)明實(shí)施例中，UPS冷啟動(dòng)電路100工作時(shí)，第一隔離變換單元110將電池單元200輸出的電壓進(jìn)行轉(zhuǎn)換處理后，由第一輸入端121輸入至匯流單元120，并與由第二輸入端122、第三輸入端123或第四輸入端124輸入?yún)R流單元120的電壓匯總后，輸入至第二隔離變換單元130進(jìn)行處理；第二隔離變換單元130將處理得到的直流電源輸出至UPS系統(tǒng)負(fù)載單元300。

詳細(xì)地，在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，UPS系統(tǒng)有多種工作模式，例如市電主路模式、市電旁路模式、電池模式等。若UPS系統(tǒng)由電池啟動(dòng)，即處于電池模式時(shí)，第二隔離變換單元130主要是由第四輸入端124的輸入電壓供電，第二隔離變換單元130產(chǎn)生的輸出就為在線式雙變換UPS所需的系統(tǒng)電源。

當(dāng)UPS系統(tǒng)由市電啟動(dòng)時(shí)，第四輸入端124的輸入電壓為零，此時(shí)若只有第二輸入端122的輸入電壓，而沒有第三輸入端123的輸入電壓，則第二隔離變換單元130主要是由第二輸入端122的輸入電壓供電，第二隔離變換單元130產(chǎn)生的輸出就為UPS系統(tǒng)所需的系統(tǒng)電源。同樣的，此時(shí)若只有第三輸入端123的輸入電壓，而沒有第二輸入端122的輸入電壓時(shí)，則第二隔離變換單元130主要是由第三輸入端123的輸入電壓供電，第二隔離變換單元130產(chǎn)生的輸出就為在線式雙變換UPS所需的系統(tǒng)電源。

本發(fā)明實(shí)施例中，UPS冷啟動(dòng)電路100將市電穩(wěn)壓后供應(yīng)給UPS系統(tǒng)負(fù)載使用，此時(shí)的UPS系統(tǒng)就是一臺(tái)交流市電穩(wěn)壓器，同時(shí)它還向機(jī)內(nèi)電池充電；當(dāng)市電中斷，例如事故停電時(shí)，UPS立即將電池的直流電能通過逆變零切換轉(zhuǎn)換的方法向負(fù)載繼續(xù)供應(yīng)220V交流電，使負(fù)載維持正常工作并保護(hù)負(fù)載軟、硬件不受損壞。UPS設(shè)備通常對電壓過高或電壓過低都能提供保護(hù)；直到正母線為第四輸入端124供應(yīng)穩(wěn)定的輸入電壓。

第二實(shí)施例

如圖4所示，在本發(fā)明實(shí)施例中，第一隔離變換單元110為反激式隔離變換器。具體地，在該反激式隔離變換器中：二極管D1的陽極與所述電池單元的正極連接，電容C1的一端與二極管D1的陰極連接，另一端與所述電池單元的負(fù)極連接，電阻R1的一端與所述二極管D1的陰極連接，電阻R1的另一端與穩(wěn)壓二極管ZD1的陰極連接，穩(wěn)壓二極管的陽極與電池單元相連，電容C2與穩(wěn)壓二極管ZD1并聯(lián)，電容C3的一端與二極管D1的陰極連接，電容C3的另一端與二極管D2的陰極連接，電阻R2與C3并聯(lián)，反激式隔離變壓器T1的原邊的一端與D1的陰極連接，反激式隔離變壓器T1的原邊的另一端與二極管D2的陽極連接，反激式隔離變壓器T1的副邊的一端與二極管D6的陽極連接，反激式隔離變壓器T1的副邊的另一端與零線相連，二極管D6的陰極與所述匯流單元的各個(gè)輸入端的匯總端連接，并連接至所述第二隔離變換單元的一個(gè)輸入端，二極管D2的陽極與開關(guān)管Q1的輸出端相連，開關(guān)管Q1的輸入端與電阻R3的一端及PWM控制芯片U1的一個(gè)端口相連，開關(guān)管Q1的基極與PWM控制芯片U1的PWM輸出端相連，電阻R3的另一端與所述電池單元的負(fù)極相連，ZD1的陽極與PWM控制芯片U1的一個(gè)端口以及所述電池單元的負(fù)極連接；第一電壓反饋網(wǎng)絡(luò)從二極管D6的陰極接收信號(hào)，并反饋至PWM控制芯片U1，且第一反饋網(wǎng)絡(luò)的一端與所述電池單元的負(fù)極相連，另一端與零線相連。

其中，第一隔離變換單元110的輸入端接到電池單元200的正、負(fù)極，電池單元200的電壓經(jīng)PWM控制芯片U1控制的開關(guān)管Q1斬波后由第一隔離變換單元110輸出第一直流電壓，例如200V，第一直流電壓經(jīng)第一電壓反饋網(wǎng)絡(luò)處理后送至第一隔離變換單元110的PWM控制芯片U1，作為第一隔離變換單元110輸出電壓反饋信號(hào)，以保持第一隔離變換單元110輸出的電壓不高于第一直流電壓，這里對應(yīng)的為不高于200V，第一隔離變換單元110輸出的電壓經(jīng)匯流單元120，與第二輸入端122、第三輸入端123及第四輸入端124的輸入電壓匯聚之后接至第二隔離變換單元130的輸入端。

在本發(fā)明實(shí)施例中，第一隔離變換單元110可由開關(guān)SW1開啟，開關(guān)SW1可為觸點(diǎn)開關(guān)或其他類型的開關(guān)，第二隔離變換單元130在輸入電壓達(dá)到一定值后自動(dòng)開啟。開關(guān)SW1作為冷啟動(dòng)開關(guān)，在電池單元200接與第一隔離變換單元110接通一定時(shí)間，比如30秒后，按下開關(guān)SW1，就可以讓第一隔離變換單元110和第二隔離變換單元130依次開啟。

第二隔離變換單元130包含隔離變壓器T2、開關(guān)管Q2、PWM控制芯片U2和第二電壓反饋網(wǎng)絡(luò)等主要部分組成，第二隔離變換單元130的輸出為多路直流電壓，為UPS內(nèi)部不同器件供電。

詳細(xì)地，電容C4的一端與二極管D6的陰極連接，另一端與零線連接，電阻R4的一端與二極管D6的陰極連接，另一端與PWM控制芯片U2的Vc端以及二極管D12的陰極連接，PWM控制芯片U2的接地端與零線連接，同時(shí)PWM控制芯片U2與第二電壓反饋網(wǎng)絡(luò)連接，以獲取由隔離變壓器T2副邊的反饋信號(hào)；電容C5與電阻R5并聯(lián)，且其一公共端與二極管D6的陰極連接，另一公共端與二極管D7的陰極連接，PWM控制芯片U2與Q2的基極連接，二極管D7的陽極與開關(guān)管Q2的集電極相連，開關(guān)管Q2的發(fā)射極與PWM控制芯片的一引腳相連后與電阻R6的一端相連，電阻R6的另一端與零線相連，隔離變壓器T2具有兩組原邊線圈，其中一組原邊線圈的一端與二極管D6的陰極相連，另一端與二極管D7的陽極相連，另一組原邊線圈的一端與二極管D12的陽極相連，另一端與零線相連，隔離變壓器T2具有多組副邊線圈，如圖4所示，本實(shí)施例中提供的方案中隔離變換器T2包含四組副邊線圈。

匯流單元120輸入的電壓經(jīng)PWM控制芯片U2控制的開關(guān)管Q2斬波后由第二隔離變換單元130輸出第二直流電壓，第二直流電壓具有多種規(guī)格，例如+24V、+15V、-15V和+5V的直流電壓，根據(jù)實(shí)際需要設(shè)置，具體不作限定。第二直流電壓其中一路最重要的電壓經(jīng)第二電壓反饋網(wǎng)絡(luò)處理后送至第二隔離變換單元130的PWM控制芯片U2，作為第二隔離變換單元130的輸出電壓反饋信號(hào)，以保持第二隔離變換單元130的輸出電壓穩(wěn)定。

在本發(fā)明實(shí)施例中，當(dāng)?shù)诙綦x變換單元130的輸入電壓經(jīng)過電阻R4后送至PWM控制芯片U2，輸入電壓高于一定值后，流過電阻R4的電流達(dá)到PWM控制芯片U2的工作電流，PWM控制芯片U2就開始工作并給開關(guān)管Q2發(fā)驅(qū)動(dòng)信號(hào)，隔離變壓器T2的副繞組電壓經(jīng)二極管D12整流后供給PWM控制芯片U2，以維持PWM控制芯片U2繼續(xù)工作，如此便實(shí)現(xiàn)了通過電池單元200開啟UPS系統(tǒng)而又不影響市電啟動(dòng)的功能。

在本發(fā)明實(shí)施例中，第一隔離變換單元110的PWM控制芯片U1上還接有一DSP控制器，目的是在UPS系統(tǒng)完成電池冷啟動(dòng)后可以將第一隔離變換單元110關(guān)閉，保證系統(tǒng)正常運(yùn)行。

第三實(shí)施例

如圖5所示，在本發(fā)明實(shí)施例中，與第二實(shí)施例不同的是，本發(fā)明實(shí)施例中的第一隔離變換單元110為正激式隔離變換器。

在本發(fā)明實(shí)施例中，第一隔離變換單元110由正激式隔離變壓器T1、開關(guān)管Q1、PWM控制芯片U1、二極管D6和第一電壓反饋網(wǎng)絡(luò)等主要部分組成。其中，第一隔離變換單元110的輸入端接到電池單元200的正、負(fù)極，電池單元200的電壓經(jīng)PWM控制芯片U1控制的開關(guān)管Q1斬波后由第一隔離變換單元110輸出一定電壓值的第一直流電壓，例如200V，第一直流電壓經(jīng)第一電壓反饋網(wǎng)絡(luò)處理后送至第一隔離變換單元110的PWM控制芯片U1，作為第一隔離變換單元110輸出電壓反饋信號(hào)，以保持第一隔離變換單元110輸出的電壓不高于第一直流電壓，這里對應(yīng)的為不高于200V，第一隔離變換單元110輸出的電壓經(jīng)匯流單元120，與第二輸入端122、第三輸入端123及第四輸入端124的輸入電壓匯聚之后接至第二隔離變換單元130的輸入端。

第四實(shí)施例

如圖6所示，在本發(fā)明實(shí)施例中，與第二、三實(shí)施例不同的是，本發(fā)明實(shí)施例中的第一隔離變換單元110為半橋式隔離變換器。

在本發(fā)明實(shí)施例中，由半橋式隔離變壓器T1、開關(guān)管Q1與開關(guān)管Q3、PWM控制芯片U1、二極管D6與二極管D13和第一電壓反饋網(wǎng)絡(luò)等主要部分組成。其中，第一隔離變換單元110的輸入端接到電池單元200的正、負(fù)極，電池單元200的電壓經(jīng)PWM控制芯片U1控制的由開關(guān)管Q1和開關(guān)管Q3構(gòu)成的半橋式變換器輪流開關(guān)變換后，由第一隔離變換單元110輸出第一直流電壓，例如200V，第一直流電壓經(jīng)第一電壓反饋網(wǎng)絡(luò)處理后送至第一隔離變換單元110的PWM控制芯片U1，作為第一隔離變換單元110輸出電壓反饋信號(hào)，以保持第一隔離變換單元110輸出的電壓不高于第一直流電壓，這里為不高于200V，第一隔離變換單元110輸出的電壓經(jīng)匯流單元120，與第二輸入端122、第三輸入端123及第四輸入端124的輸入電壓匯聚之后接至第二隔離變換單元130的輸入端。

第五實(shí)施例

如圖7所示，在本發(fā)明實(shí)施例中，與第二、三、四實(shí)施例不同的是，本發(fā)明實(shí)施例中的第一隔離變換單元110為全橋式隔離變換器。

在本發(fā)明實(shí)施例中，由全橋式隔離變壓器T1、開關(guān)管Q1，開關(guān)管Q3，開關(guān)管Q4與開關(guān)管Q5、PWM控制芯片U1、二極管D6與二極管D13和第一電壓反饋網(wǎng)絡(luò)等主要部分組成。其中，第一隔離變換單元110的輸入端接到電池單元200的正、負(fù)極，電池單元200的電壓經(jīng)PWM控制芯片U1控制的由開關(guān)管Q1，開關(guān)管Q3，開關(guān)管Q4與開關(guān)管Q5組成的全橋變換器變換后，由第一隔離變換單元110輸出200V的第一直流電壓，第一直流電壓經(jīng)第一電壓反饋網(wǎng)絡(luò)處理后送至第一隔離變換單元110的PWM控制芯片U1，作為第一隔離變換單元110輸出電壓反饋信號(hào)，以保持第一隔離變換單元110輸出的電壓不高于第一直流電壓，這里對應(yīng)的為不高于200V，第一隔離變換單元110輸出的電壓經(jīng)匯流單元120，與第二輸入端122、第三輸入端123及第四輸入端124的輸入電壓匯聚之后接至第二隔離變換單元130的輸入端。

上述幾種發(fā)明實(shí)施例提供的UPS冷啟動(dòng)電路，通過第一隔離變換單元將電池單元的直流電壓輸入?yún)R流單元中，匯流單元將電池單元的直流電壓與匯流單元的其他輸入端輸入的電壓進(jìn)行匯總后輸出至第二隔離變換單元，以變換成UPS系統(tǒng)工作所需的系統(tǒng)電壓；本發(fā)明將電池單元的負(fù)極及UPS系統(tǒng)的輸出端與市電零線進(jìn)行電氣隔離，將電池單元的電能轉(zhuǎn)換成UPS系統(tǒng)工作所需的系統(tǒng)電源，實(shí)現(xiàn)無市電從電池單元啟動(dòng)UPS系統(tǒng)的功能，同時(shí)又不影響市電直接啟動(dòng)UPS，電路結(jié)構(gòu)簡單，實(shí)現(xiàn)容易，成本較低，而且通過電氣隔離設(shè)置使UPS系統(tǒng)的運(yùn)行更加安全、可靠。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。