一種雙輸入不間斷開關(guān)電源的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及電壓轉(zhuǎn)換裝置，具體涉及一種雙輸入不間斷開關(guān)電源(Uninterruptible Switching Power Supply，縮寫 USPS)。
【背景技術(shù)】
[0002]在節(jié)能減排的大潮流下，電壓轉(zhuǎn)換裝置的效率也在不斷提升。出現(xiàn)很多線路拓撲。而以IT行業(yè)為代表的應(yīng)用領(lǐng)域，存在相當龐大的斷電保護的市場需求。而這些需求，目前仍由傳統(tǒng)的“非典型串聯(lián)”的斷電保護裝置(如AC UPS和充電器即HVDC UPS)所占據(jù)。用戶和市場對于“非典型串聯(lián)”的UPS的功能利用率比AC斷電的幾率還低的現(xiàn)實視而不見，實際上造成極大地浪費而不自知。其典型的應(yīng)用形態(tài)是IDC機房，動輒以數(shù)百KVA的UPS冗余的集中式供電保護系統(tǒng)，由于這種集中式UPS事故導(dǎo)致整個網(wǎng)絡(luò)中斷，造成巨大損失的案例比比皆是。而且建造成本少則數(shù)百萬多則數(shù)千萬，而每年還要浪費電能數(shù)千萬度，等效C02排放數(shù)以萬噸計。
[0003]數(shù)字設(shè)備如電腦、安防監(jiān)控系統(tǒng)等，往往也需要選擇一種雙輸入不間斷開關(guān)電源(USPS)，以維持設(shè)備不間斷運行，避免停電導(dǎo)致的數(shù)據(jù)丟失損失。要在一個電源內(nèi)實行兩路能源輸入，有各種可能，如一個小型化的充電器加電池再經(jīng)過DC/DC變換；或者用一個AC/DC與一個DC/DC并聯(lián)，這些常規(guī)方法，在效率、體積、成本方面都不盡人意。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為避免現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足，本實用新型提供一種雙輸入不間斷開關(guān)電源(USPS)，其采用主能源回路和第二能源回路主從冗余交疊轉(zhuǎn)換的工作方式，能為負載提供持續(xù)不斷的穩(wěn)定電壓，實現(xiàn)自我在線不間斷功能。
[0005]本實用新型提供的一種雙輸入不間斷開關(guān)電源，包括:
[0006]主變壓器，含有初級線圈和帶中間抽頭的次級線圈；
[0007]主回路，包含連接在高壓直流總線和高壓地之間的高壓開關(guān)網(wǎng)絡(luò)，以及從該高壓開關(guān)網(wǎng)絡(luò)的第一端到第二端依次連接的諧振電感、所述的初級線圈和諧振電容；
[0008]同步整流濾波回路，包含全波整流電路、連接于全波整流電路輸出端(E)的濾波電感和濾波電容，該全波整流電路由兩個同步整流管和所述次級線圈構(gòu)成；
[0009]低壓直流變換電路，含有低壓開關(guān)管、隔離二極管及低壓直流源，三者依次串聯(lián)在所述全波整流電路的輸出端(E)與低壓地之間；以及
[0010]數(shù)字控制單元，其提供兩組同步的驅(qū)動脈沖，一組驅(qū)動脈沖DrH’、DrL’控制所述高壓開關(guān)網(wǎng)絡(luò)，另一組驅(qū)動脈沖DrH、DrL控制所述的兩個同步整流管以及所述低壓開關(guān)管；其第一采樣輸入端連接所述同步整流濾波回路輸出端，第二采樣輸入端連接一個隔離采樣單元，用于采樣所述高壓直流總線的電壓，根據(jù)該電壓的變化自動選擇主回路或直流變換電路工作。
[0011]其中，所述驅(qū)動脈沖DrH’、DrL’是所述另一組驅(qū)動脈沖中的驅(qū)動脈沖DrH、DrL分別經(jīng)過一隔離電路形成的脈沖信號；所述驅(qū)動脈沖DrH和驅(qū)動脈沖DrL的反相信號相與形成的組合信號控制所述的低壓開關(guān)管。
[0012]所述高壓直流總線上的直流電由AC整流濾波獲得，當高壓直流總線和高壓地之間的電壓為額定電壓時，所述主回路通過同步整流輸出回路向負載提供電能；當高壓直流總線和高壓地之間的電壓為95%-85%額定電壓時，所述主回路和低壓直流變換電路交替向負載提供電能；當高壓直流總線和高壓地之間的電壓低于85%額定電壓時，全部從直流變換電路向負載提供電能。
[0013]在上述雙輸入不間斷開關(guān)電源中，還包括一個電容器，跨接在所述的高壓直流總線和高壓地之間，用于在所述主回路和同步直流變換電路轉(zhuǎn)換時防止瞬態(tài)突變。
[0014]在一種方案中，所述的高壓開關(guān)網(wǎng)絡(luò)采用由四個高壓開關(guān)管兩兩串聯(lián)后再并聯(lián)構(gòu)成的全橋開關(guān)網(wǎng)絡(luò)，所述的高壓開關(guān)網(wǎng)絡(luò)的第一端和第二端分別為全橋的兩個中點。
[0015]在另一種方案中，所述的高壓開關(guān)網(wǎng)絡(luò)采用由兩個高壓開關(guān)管串聯(lián)構(gòu)成的半橋開關(guān)網(wǎng)絡(luò)，所述的高壓開關(guān)網(wǎng)絡(luò)的第一端為半橋的中點，所述的高壓開關(guān)網(wǎng)絡(luò)的第二端為半橋開關(guān)網(wǎng)絡(luò)與高壓地的連接端。
[0016]在第三種方案中，所述高壓開關(guān)網(wǎng)絡(luò)采用由兩個高壓開關(guān)管組成的推挽開關(guān)網(wǎng)絡(luò)。
[0017]本實用新型優(yōu)點如下:本實用新型雙輸入不間斷開關(guān)電源采用主能源回路和第二能源回路主從冗余交疊轉(zhuǎn)換的工作方式，在不影響AC-DC電源的工作效率的前提下，實現(xiàn)了第二能源(低壓直流源)熱備份，能為負載提供持續(xù)不斷的穩(wěn)定電壓，實現(xiàn)了自我在線不間斷功能。提高了可靠性和效率。
[0018]本實用新型電源適用于電腦、安防監(jiān)控系統(tǒng)等數(shù)字設(shè)備使用，不用傳統(tǒng)的UPS，也不用串聯(lián)一級充電器，最大限度地降低“單點故障率”，提高了可靠性，節(jié)省UPS的設(shè)備投資和運行能耗，節(jié)省了 UPS的資源浪費。
【附圖說明】
[0019]圖1為實用新型雙輸入不間斷開關(guān)電源一實施例的原理圖。
【具體實施方式】
[0020]下面結(jié)合附圖和實施例對本實用新型進一步說明。
[0021]參照圖1，實施例雙輸入不間斷開關(guān)電源包括主變壓器、主回路、低壓直流變換電路、同步整流濾波回路、數(shù)字控制單元和隔離采樣單元等。
[0022]主變壓器T含有初級線圈NI和帶中間抽頭的次級線圈N21、N22。
[0023]主回路包括連接在高壓直流總線和高壓地之間的高壓開關(guān)網(wǎng)絡(luò)，高壓開關(guān)網(wǎng)絡(luò)包括四個尚壓開關(guān)管Ql、Q2、Q3、Q4，Ql和Q2、Q3和Q4分別串聯(lián)后再并聯(lián)構(gòu)成的全橋開關(guān)網(wǎng)絡(luò)。A點所在線表示接高壓直流總線，B點接高壓地，C點(Ql和Q2的公共點)、D點(Q3和Q4的公共點)表示全橋的兩個中點。該主回路還包括C點和D點之間串接的諧振電感Lr、主變壓器T的初級線圈NI和諧振電容Cr。
[0024]同步整流濾波回路包括由兩個同步整流管Q5、Q6和所述次級線圈N21、N22構(gòu)成的全波整流電路，濾波電感L以及連接濾波電感L的濾波電容C。Q5、Q6 —端分別接次級線圈N21的同名端和N22的非同名端，Q5、Q6另一端接濾波電感L，次級線圈N21、N22的中間抽頭接低壓地，Q5、Q6分別并接一整流二極管，濾波電感L和Q5、Q6的連接點E為全波整流電路的輸出端，該輸出端(E點)與次級線圈的中間抽頭之間接一個續(xù)流二極管D1。
[0025]低壓直流變換電路含有低壓開關(guān)管Q7、隔離二極管D2及低壓直流源LVDC，三者依次串聯(lián)在所述全波整流電路的輸出端(E點)與低壓地之間。
[0026]數(shù)字控制單元包括可程序化的驅(qū)動調(diào)制信號發(fā)生器、時鐘發(fā)生器及其內(nèi)部時序控制等等電路。該控制單元的第一采樣輸入端連接所述同步整流濾波回路的輸出端，數(shù)字控制單元根據(jù)對輸出電壓Utl的采樣信號，經(jīng)過內(nèi)部計算和時序處理，提供兩組同步的驅(qū)動脈沖，一組驅(qū)動脈沖DrH’、DrL’去驅(qū)動所述的主回路的上臂高壓開關(guān)管Ql、Q4和下臂高壓開關(guān)管Q2、Q3 ;另一組驅(qū)動脈沖DrH和DrL直接控制所述的兩個同步整流管Q5、Q6，驅(qū)動脈沖DrH和DrL反相的信號通過一與門形成組合信號來控制所述的低壓開關(guān)管Q7。該控制單元由供電電壓Vcc提供工作能量。所述驅(qū)動脈沖DrH’、DrL’是所述另一組中的驅(qū)動脈沖DrH、DrL分別經(jīng)過一隔離變壓器(隔離單元)形成的脈沖信號。
[0027]數(shù)字控制單元的第二采樣輸入端與高壓直流總線(A點)之間連接一個隔離采樣單元，用于采樣所述高壓直流總線的電壓，根據(jù)該電壓的變化自動選擇主回路或低壓直流變換電路工作。
[0028]四個高壓開