CN104333058A - 后备式不间断逆变器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种后备式不间断逆变器，包括控制电路、变压器和三个逆变电路，逆变电路为单相桥式逆变电路，包括4个开关管和4个续流二极管；第一逆变电路的输入端接电池输入端，输出端接变压器初级线圈；第二逆变电路的输入端接变压器次级线圈，输出端接第三逆变电路的输入端；第三逆变电路的输出端接交流输出端，交流输入端通过输出切换电路接交流输出端；控制电路的采样端包括电池采样输入端、第二逆变电路输出采样输入端、第三逆变电路输出采样输入端和交流输入采样输入端；三个逆变电路开关管的驱动端和输出切换电路的驱动端分别接控制电路对应的驱动信号输出端。本发明电路结构简单，由一个控制电路协调，***工作稳定。

Description

后备式不间断逆变器
[技术领域]
本发明涉及后备电源，尤其涉及一种后备式不间断逆变器。
[背景技术]
后备式不间断逆变器,主要用于计算机机房。铁路***信号***，控制***，远程通讯设备，中心调度***与业务联网***。水利，电力中心调度***，计算机中心和大型控制***，应用最广的是银行。当电网停电的时候，负载由后备式不间断逆变器供电以保证能够继续工作。
如图1所示，传统后备式不间断逆变器由电池充电电路、逆变电路、输出切换电路的控制电路组成。
电池充电电路的给蓄电池充电，包括交流输入整流电路，功率变换电路，直流输出整流电路的控制电路，控制电路包括采样比较电路，基准电压产生电路，隔离反馈电路，PWM控制电路。
逆变电路当市电停电的时候向负载供电，包括DC/DC升压电路、功率变换电路和控制电路，控制电路包括采样比较电路、基准电压产生电路、隔离反馈电路、PWM控制电路；隔离驱动电路，输出采样电路和正弦波驱动信号产生电路(由SG3525组成的产生S.PWM模块)。
这种后备式不间断逆变器由两部分电路组成，结构复杂，功率元器件比较分散，占用空间比较大，且整个***的控制方式属于模拟控制，响应速度较低。
[发明内容]
本发明要解决的技术问题是提供一种结构简单的后备式不间断逆变器。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是，一种后备式不间断逆变器，包括电池接入端、交流输入端、交流输出端、输出切换电路、控制电路、变压器和三个逆变电路，所述的逆变电路为单相桥式逆变电路，包括4个开关管和分别与4个开关管并联的4个续流二极管；第一逆变电路的输入端接电池输入端，输出端接变压器初级线圈；第二逆变电路的输入端接变压器次级线圈，输出端接第三逆变电路的输入端；第三逆变电路的输出端接交流输出端，交流输入端通过输出切换电路接交流输出端；控制电路的采样端包括电池采样输入端、第二逆变电路输出采样输入端、第三逆变电路输出采样输入端和交流输入采样输入端；三个逆变电路开关管的驱动端和输出切换电路的驱动端分别接控制电路对应的驱动信号输出端。
以上所述的后备式不间断逆变器，控制电路包括微处理器和采样隔离电路，采样隔离电路的输入端包括电池采样输入端、第二逆变电路输出采样输入端、第三逆变电路输出采样输入端和交流输入采样输入端；采样隔离电路复数个输出端接微处理器对应的采样信号输入端；微处理器包括第一逆变电路开关管的驱动信号输出端、第二逆变电路开关管的驱动信号输出端、第三逆变电路开关管的驱动信号输出端和切换电路的驱动信号输出端。
以上所述的后备式不间断逆变器，所述的微处理器是DSP处理器，逆变电路开关管的驱动信号是两个反相PWM信号的信号组。
以上所述的后备式不间断逆变器，电池采样包括电池电压采样和电池电流采样，第二逆变电路输出采样包括第二逆变电路输出电压采样和电流采样，第三逆变电路输出采样包括第三逆变电路输出电压采样和电流采样，交流输入采样包括交流输入电压采样和相位采样。
以上所述的后备式不间断逆变器，输出切换电路包括继电器和继电器驱动电路，交流输入端的火线和零线分别通过继电器的两个触点接交流输出端的火线和零线；继电器驱动电路的驱动信号输入端接微处理器的切换电路驱动信号输出端。
以上所述的后备式不间断逆变器，包括第一滤波电容、第二滤波电容、滤波电容和感容滤波电路，第一滤波电容接在第一逆变电路的输入端；第二滤波电容接在第二逆变电路的输出端；第三滤波电容接在第三逆变电路的输入端，感容滤波电路接在第三逆变电路的输出端。
以上所述的后备式不间断逆变器，所述的变压器是升压变压器。
以上所述的后备式不间断逆变器，控制电路检测到电池接入端有电且交流输入端的输入不正常时，控制电路向第一逆变电路的开关管输出一组反相的PWM驱动信号，第一逆变电路将电池输出的直流电转变为交流电，经变压器耦合到次级线圈；第二逆变电路的开关管无驱动信号，4个二极管构成全桥整流电路，对变压器次级线圈输出的交流电整流，第二逆变电路输出直流电；控制电路检测到第二逆变电路有直流输出后，向第三逆变电路的开关管输出正弦波驱动信号，第三逆变电路将输入的直流电转换为正弦交流电经交流输入端输出。
以上所述的后备式不间断逆变器，控制电路检测到交流输入端有正常输入时，首先关闭三个逆变电路开关管的驱动信号，然后向输出切换电路的驱动端输出驱动信号，输出切换电路连接交流输入端与交流输出端，交流输入端输入的交流电经交流输出端输出。
以上所述的后备式不间断逆变器，控制电路向第二逆变电路的开关管输出一组反相的PWM驱动信号，第二逆变电路的开关管处在间歇开关的工作状态；交流输入端输入的交流电经输出切换电路连接到第三逆变电路的输出端，第三逆变电路的开关管无驱动信号，4个二极管构成全桥整流电路，对第三逆变电路的输出端逆向输入的交流电整流，由第三逆变电路的输入端向第二逆变电路的输入端逆向输出直流电；第二逆变电路将第三逆变电路输出的直流电转变为交流电，经变压器耦合到初级线圈；第一逆变电路的开关管无驱动信号，4个二极管构成全桥整流电路，对变压器初级线圈逆向输出的交流电整流，第一逆变电路逆向输出直流电对电池充电。
本发明后备式不间断逆变器电路结构简单，可做双向电源使用，整个电路由统一的控制电路协调，***工作稳定。
[附图说明]
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1是现有技术后备式不间断逆变器的原理图。
图2是本发明实施例后备式不间断逆变器的原理图。
[具体实施方式]
本发明实施例后备式不间断逆变器的结构如图2所示，包括电池接入端BAT、交流输入端、交流输出端、输出切换电路、控制电路、升压变压器T和三个逆变电路。
三个逆变电路都是单相桥式逆变电路，单相桥式逆变电路包括4个MOS管和分别与4个MOS管并联的4个续流二极管。
第一逆变电路包括MOS管Q1-Q4，续流二极管D1-D4；第二逆变电路包括MOS管Q5-Q8，续流二极管D5-D8；第一逆变电路包括MOS管Q9-Q12，续流二极管D9-D13。
第一逆变电路、第一逆变电路和变压器T构成DC/DC升降压电路。(升压还是降压由变压器T决定，在本实施例中，变压器T的次级绕组的匝数多于初级绕组的匝数，DC/DC升降压电路工作在DC/DC升压状态)
第一逆变电路的输入端接电池输入端，输出端接变压器T初级线圈，第二逆变电路的输入端接变压器T次级线圈，输出端接第三逆变电路的输入端。第三逆变电路的输出端接交流输出端，交流输入端通过输出切换电路接交流输出端。
控制电路包括DSP处理器(TMS 32 0F 2812)和采样隔离电路，采样隔离电路的输入端包括电池采样输入端、第二逆变电路输出采样输入端、第三逆变电路输出采样输入端和交流输入采样输入端。采样隔离电路的各个输出端接DSP处理器对应的采样信号输入端。
其中，电池采样包括电池电压采样和电池电流采样，第二逆变电路输出采样包括第二逆变电路输出电压采样和电流采样，第三逆变电路输出采样包括第三逆变电路输出电压采样和电流采样，交流输入采样包括交流输入电压采样和相位采样。
DSP处理器包括第一逆变电路MOS管的驱动信号输出端、第二逆变电路MOS管的驱动信号输出端、第三逆变电路MOS管的驱动信号输出端和切换电路的驱动信号输出端。DSP处理器输出的逆变电路MOS管的驱动信号是两个反相PWM信号的信号组。
TMS320F2812是美国TI公司推出的C2000平台上的定点32位DSP芯片，是一款数字信号处理器，整合了DSP及微控制器的最佳特性，功能比单片机强大的多，主要使用在嵌入式控制应用，如纯数字逆变器，数字电机控制等领域。用途广泛，应该相当于单片的升级版。针对应用最佳化，并有效缩短产品开发周期，提供C语言中直接嵌入汇编语言的程序开发界面，可在C语言的环境中搭配汇编语言来编写程序。本实施例无论是充电模式还是逆变模式，统一由DSP来控制。
输出切换电路包括继电器RLY1、RLY2和继电器驱动电路，交流输入端的火线和零线分别通过继电器RLY1和RLY2的两个触点接交流输出端的火线和零线。继电器驱动电路的驱动信号输入端接DSP处理器的切换电路驱动信号输出端。
滤波电容C1接在第一逆变电路的输入端，滤波电容C2接在第二逆变电路的输出端，滤波电容C3接在第三逆变电路的输入端，由电压L和滤波电容C4组成的感容滤波电路接在第三逆变电路的输出端。
逆变模式：DSP检测到电池接入端(BAT+、BAT-)有电且交流输入端没有输入或输入不正常时，DSP的输出端口PWM1向第一逆变电路的4个MOS管Q1-Q4输出一组反相的PWM驱动信号，4个MOS管Q1-Q4处在间歇开关的工作状态，第一逆变电路将电池输出的直流电转变为交流电，接入到变压器T的初级线圈，并经变压器T耦合到次级线圈。此时，DSP的输出端口PWM 2无输出。第二逆变电路的4个MOS管Q5-Q8无驱动信号，与MOS管Q5-Q8两端分别并联的4个二极管D5-D8构成全桥整流电路，对变压器T次级线圈输出的交流电整流，第二逆变电路输出直流电。
DSP检测到第二逆变电路的有直流输出后，其输出端口PWM3向第三逆变电路的4个MOS管输出正弦波驱动信号(S.PWM信号)，第三逆变电路将输入的高压直流电(BUS+)转换为正弦交流电作为逆变输出电压经交流输入端输出。
本过程由蓄电池供电经过DC/DC升压，逆变电路后变换成220V/50HZ的正弦波给负载供电，此时的电流流向如图2中的实线箭头所示。
旁路状态：DSP检测到交流输入端有正常的交流输入时，首先关闭端口PWM1、PWM2、PWM3的三组驱动信号，然后DSP的端口MAIN.RLY输出高电平作为继电器驱动电路的驱动信号，继电器RLY1和RLY2的两个触点吸合，输出切换电路连接交流输入端与交流输出端，交流输入端输入的交流电经交流输出端输出，后备式不间断逆变器工作在市电旁路状态。
蓄电池充电模式：DSP的端口PWM2向第二逆变电路的4个MOS管Q5-Q8输出一组反相的PWM驱动信号，第二逆变电路的4个MOS管Q5-Q8处在间歇开关的工作状态。交流输入端输入的交流电经输出切换电路连接到第三逆变电路的输出端，第三逆变电路的4个MOS管Q9-Q12无驱动信号，处于截止状态，分别并联在MOS管Q9-Q12两端的4个二极管D9-D12构成全桥整流电路，对第三逆变电路的输出端逆向输入的交流电整流，经电容滤波后产生高压的母线电压，由第三逆变电路的输入端向第二逆变电路的输入端逆向输出直流电。第二逆变电路将第三逆变电路输出的直流电转变为交流电，母线电压斩波后经变压器T耦合到初级线圈。第一逆变电路的4个MOS Q1-Q4管无驱动信号，处于截止状态4个二极管构成全桥整流电路，对变压器T初级线圈逆向输出的交流电整流，经滤波电容C1滤波后，第一逆变电路逆向输出直流电对电池充电。
蓄电池充电模式下，电流的流向如图2中的虚线箭头所示。
综上所述，本发明以上实施例后备式不间断逆变器可以有两种工作模式，没有市电输入时，蓄电池通过逆变给负载供电(为DC/AC模式)；市电输入后一路通过旁路继电器给负载供电，另一路通过交流转换直流给蓄电池充电(为AC\DC模式)。本发明以上实施例结构简单，使用元器件较少，整个电路由一个DSP处理器控制协调，反应灵敏、工作稳定。

Claims (10)

1.一种后备式不间断逆变器，包括电池接入端、交流输入端、交流输出端、输出切换电路和控制电路，其特征在于，包括变压器和三个逆变电路，所述的逆变电路为单相桥式逆变电路，包括4个开关管和分别与4个开关管并联的4个续流二极管；第一逆变电路的输入端接电池输入端，输出端接变压器初级线圈；第二逆变电路的输入端接变压器次级线圈，输出端接第三逆变电路的输入端；第三逆变电路的输出端接交流输出端，交流输入端通过输出切换电路接交流输出端；控制电路的采样端包括电池采样输入端、第二逆变电路输出采样输入端、第三逆变电路输出采样输入端和交流输入采样输入端；三个逆变电路开关管的驱动端和输出切换电路的驱动端分别接控制电路对应的驱动信号输出端。
2.根据权利要求1所述的后备式不间断逆变器，其特征在于，控制电路包括微处理器和采样隔离电路，采样隔离电路的输入端包括电池采样输入端、第二逆变电路输出采样输入端、第三逆变电路输出采样输入端和交流输入采样输入端；采样隔离电路复数个输出端接微处理器对应的采样信号输入端；微处理器包括第一逆变电路开关管的驱动信号输出端、第二逆变电路开关管的驱动信号输出端、第三逆变电路开关管的驱动信号输出端和切换电路的驱动信号输出端。
3.根据权利要求2所述的后备式不间断逆变器，其特征在于，所述的微处理器是DSP处理器，逆变电路开关管的驱动信号是两个反相PWM信号的信号组。
4.根据权利要求2所述的后备式不间断逆变器，其特征在于，电池采样包括电池电压采样和电池电流采样，第二逆变电路输出采样包括第二逆变电路输出电压采样和电流采样，第三逆变电路输出采样包括第三逆变电路输出电压采样和电流采样，交流输入采样包括交流输入电压采样和相位采样。
5.根据权利要求2所述的后备式不间断逆变器，其特征在于，输出切换电路包括继电器和继电器驱动电路，交流输入端的火线和零线分别通过继电器的两个触点接交流输出端的火线和零线；继电器驱动电路的驱动信号输入端接微处理器的切换电路驱动信号输出端。
6.根据权利要求1所述的后备式不间断逆变器，其特征在于，包括第一滤波电容、第二滤波电容、滤波电容和感容滤波电路，第一滤波电容接在第一逆变电路的输入端；第二滤波电容接在第二逆变电路的输出端；第三滤波电容接在第三逆变电路的输入端，感容滤波电路接在第三逆变电路的输出端。
7.根据权利要求1所述的后备式不间断逆变器，其特征在于，所述的变压器是升压变压器。
8.根据权利要求1所述的后备式不间断逆变器，其特征在于，控制电路检测到电池接入端有电且交流输入端的输入不正常时，控制电路向第一逆变电路的开关管输出一组反相的PWM驱动信号，第一逆变电路将电池输出的直流电转变为交流电，经变压器耦合到次级线圈；第二逆变电路的开关管无驱动信号，4个二极管构成全桥整流电路，对变压器次级线圈输出的交流电整流，第二逆变电路输出直流电；控制电路检测到第二逆变电路有直流输出后，向第三逆变电路的开关管输出正弦波驱动信号，第三逆变电路将输入的直流电转换为正弦交流电经交流输入端输出。
9.根据权利要求1所述的后备式不间断逆变器，其特征在于，控制电路检测到交流输入端有正常输入时，首先关闭三个逆变电路开关管的驱动信号，然后向输出切换电路的驱动端输出驱动信号，输出切换电路连接交流输入端与交流输出端，交流输入端输入的交流电经交流输出端输出。
10.根据权利要求9所述的后备式不间断逆变器，其特征在于，控制电路向第二逆变电路的开关管输出一组反相的PWM驱动信号，第二逆变电路的开关管处在间歇开关的工作状态；交流输入端输入的交流电经输出切换电路连接到第三逆变电路的输出端，第三逆变电路的开关管无驱动信号，4个二极管构成全桥整流电路，对第三逆变电路的输出端逆向输入的交流电整流，由第三逆变电路的输入端向第二逆变电路的输入端逆向输出直流电；第二逆变电路将第三逆变电路输出的直流电转变为交流电，经变压器耦合到初级线圈；第一逆变电路的开关管无驱动信号，4个二极管构成全桥整流电路，对变压器初级线圈逆向输出的交流电整流，第一逆变电路逆向输出直流电对电池充电。
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