CN202737561U - 小型三相互动式ups电源 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种小型三相互动式UPS电源，包括市电输入、滤波电路、切换电路、市电输入采样电路、市电输出采样电路、蓄电池组、电池采样电路、逆变器和控制模块，所述控制模块包括控制单元以及分别与控制单元连接的A/D转换模块、频率捕捉模块、PWM模块和控制信号I/O口，所述市电输入采样电路、市电输出采样电路、电池采样电路的输出端分别接入A/D转换模块的输入端，所述电输入采样电路、市电输出采样电路还分别接入频率捕捉模块，所述PWM模块的输出端接至逆变器的驱动信号输入端，所述切换电路的控制端与控制信号I/O口的相应端口相连。本实用新型适合应用于中小功率负载，其具有较高的可靠性及较低的运行成本。
Description
技术领域
本实用新型涉及UPS电源，具体涉及小型三相互动式UPS电源。
背景技术
目前的三相UPS电源大多属于中大功率的大型在线式，在中小功率段具有电路复杂，成本高的缺陷；而中小功率的负载一般不需要很高的供电质量，反而需要有较好的可靠性和低的运行成本。
实用新型内容
本实用新型所要解决的技术问题，就是提供一种适合应用于中小功率负载的小型三相互动式UPS电源，其具有较高的可靠性及较低的运行成本。
为解决上述技术问题，本实用新型采取的技术方案如下：小型三相互动式UPS电源，包括市电输入、滤波电路、切换电路、市电输入采样电路、市电输出采样电路、蓄电池组、电池采样电路、逆变器和控制模块，市电输入一路依次经滤波电路、切换电路后输出，市电输入另一路依次经市电输入采样电路、控制模块、逆变器后输出；市电输出采样电路接入控制模块；蓄电池组一路输入逆变器，蓄电池组另一路经电池采样电路后接入控制模块，所述控制模块根据市电输入采样电路、市电输出采样电路、电池采样电路的采样信号来控制切换电路接通或断开市电，并控制逆变器，使蓄电池组的直流电经逆变器逆变输出三相交流电后输出至负载，其特征在于：所述控制模块包括控制单元以及分别与控制单元连接的A/D转换模块、频率捕捉模块、PWM模块和控制信号I/O口，所述市电输入采样电路、市电输出采样电路、电池采样电路的输出端分别接入A/D转换模块的输入端，所述市电输入采样电路、市电输出采样电路还分别接入频率捕捉模块，所述PWM模块的输出端接至逆变器的驱动信号输入端，所述切换电路的控制端与控制信号I/O口的相应端口相连；
通过控制单元分析处理经A/D转换模块转换输入的市电各相输入、输出的电压和相位以及蓄电池组的电压，同时分析处理经频率捕捉模块捕捉输入的市电输入、输出频率；再由控制单元控制PWM模块输出逆变驱动信号驱动逆变器，将蓄电池组的直流电逆变输出三相交流电，并控制切换电路接通或断开市电。
在上述基础上，本实用新型可作如下改进：
本实用新型所述UPS电源还包括用于检测逆变器温度的温度采样电路，温度采样电路的输出端接至A/D转换模块的相应输入端。
本实用新型所述UPS电源还包括用于防止浪涌电流的软启动电路，该软启动电路连接于蓄电池组和逆变器之间，并具有软启动控制端，连接于控制信号I/O口的相应端口上。
本实用新型所述软启动电路包括第一继电器和电阻，所述第一继电器的一个常开触点串接在蓄电池组与逆变器之间的输出回路上，所述电阻并接于第一继电器的常开触点两端；所述第一继电器的控制端即为软启动控制端。
本实用新型所述切换电路包括第二继电器，该第二继电器具有三个常开触点，各个常开触点分别串接于滤波电路和输出负载之间的各相相线上；所述第二继电器的控制端即为切换电路的控制端。
本实用新型所述控制模块为具有所述控制单元、A/D转换模块、频率捕捉模块、PWM模块和控制信号I/O口的单片机。
本实用新型相比于现有技术的有益效果：
本实用新型通过继电器切换控制简单实现市电的接入和断开，并由控制模块接收各采样信号控制输出各驱动信号，具有简单的电路结构，同时由较高的可靠性及较低的运行成本。
附图说明
图1是本实用新型UPS电源的连接示意框图；
图2是本实用新型UPS电源的电路连接示意图；
图3是本实用新型UPS电源中单片机的连接示意图。
具体实施方式
如图1所示的小型三相互动式UPS电源，包括市电输入、滤波电路、切换电路、市电输入采样电路、市电输出采样电路、蓄电池组、电池采样电路、逆变器和控制模块，市电输入一路依次经滤波电路、切换电路后输出，市电输入另一路依次经市电输入采样电路、控制模块、逆变器后输出；市电输出采样电路接入控制模块；蓄电池组一路输入逆变器，蓄电池组另一路经电池采样电路后接入控制模块，控制模块根据市电输入采样电路、市电输出采样电路、电池采样电路的采样信号来控制切换电路接通或断开市电，并控制逆变器，使蓄电池组的直流电经逆变器逆变输出三相交流电后输出至负载，其特征在于：控制模块包括控制单元以及分别与控制单元连接的A/D转换模块、频率捕捉模块、PWM模块和控制信号I/O口，市电输入采样电路、市电输出采样电路、电池采样电路的输出端分别接入A/D转换模块的输入端，市电输入采样电路、市电输出采样电路还分别接入频率捕捉模块，PWM模块的输出端接至逆变器的驱动信号输入端，切换电路的控制端与控制信号I/O口的相应端口相连；
通过控制单元分析处理经A/D转换模块转换输入的市电各相输入、输出的电压和相位以及蓄电池组的电压，同时分析处理经频率捕捉模块捕捉输入的市电输入、输出频率；再由控制单元控制PWM模块输出逆变驱动信号驱动逆变器，将蓄电池组的直流电逆变输出三相交流电，并控制切换电路接通或断开市电。市电输入通过滤波电路滤波后，通过切换电路供给输出，同时通过逆变器整流给蓄电池充电。当市电异常时，切换电路断开市电。蓄电池通过逆变器将电池能量逆变出交流电输出给负载。控制模块则是控制整机的运行，通过对市电输入、蓄电池组、充电和输出的电压和电流进行采样运算，控制切换电路和变换电路。同时，还可增加设置显示电路，受控制模块控制，用于显示市电输入、输出及蓄电池的状态。
本实施例的UPS电源还包括用于检测逆变器温度的温度采样电路和用于防止浪涌电流的软启动电路，温度采样电路的输出端接至A/D转换模块的相应输入端，以提高UPS电源的可靠性。软启动电路连接于蓄电池组和逆变器之间，并具有软启动控制端，连接于控制信号I/O口的相应端口上。具体是，软启动电路包括第一继电器和电阻，第一继电器的一个常开触点串接在蓄电池组与逆变器之间的输出回路上，电阻并接于第一继电器的常开触点两端；第一继电器的控制端即为软启动控制端。
如图2所示，本实施例的切换电路包括第二继电器，该第二继电器具有三个常开触点，各个常开触点分别串接于滤波电路和输出负载之间的各相相线上；第二继电器的控制端即为切换电路的控制端。
如图3所示，本实施例的控制模块为具有控制单元、A/D转换模块、频率捕捉模块、PWM模块和控制信号I/O口的单片机。该单片机采用FREESCAL公司的MCU(MC9S08AW32)。此单片机是一款高度节能性处理器，总线频率达20MHz，最高运行速度达40MHz。具有丰富的片内资源，有32位内部FLASH存储器，内部时钟发生器，8个可编程定时器和PWM模块，有10位16通道的A/D转换器，有SCI、SPI、I2C等丰富的I/O口，FQFP-G64的SMD封装，***电路简单。A/D转换模块为16通道的A/D转换模块，实现对三相输入电压、三相输出电压、三相负载电流、电池电压、充电电流和逆变器温度信号的模数转换。
如图2所示的本实施例UPS电源，CN2为市电输入的A相相线接线端子，CN5为市电输入的B相相线接线端子，CN6为市电输入的C相相线接线端子，CN7为市电输入的中性线接线端子，CN9为安全保护接地线接线端子；K1为输入开关；滤波电路为输入EMI滤波器FL1；RY2为第二继电器；T1为变换器转换变压器，C7、C8、C9为三相输出滤波电容器；CT3为A相输出电流采样互感器，CT2为B相输出电流采样互感器，CT1为C相输出电流采样互感器；CN1为交流输出的A相相线接线端子，CN3为交流输出的B相相线接线端子，CN4为交流输出的C相相线接线端子，CN8为交流输出的中性线接线端子；Q1、Q4、Q2、Q5、Q3、Q6为IGBT开关管，组成三相全桥变换器，具有高频整流功能；C12为直流总线滤波电容器；第一继电器RY1和电阻R7组成电池缓启动电路；K2为电池开关；BT1为蓄电池组。
市电输入经输入开关K1和EMI滤波器FL1后送到第二继电器RY1上，同时采样电路将输入的三相电UIN-A、UIN-B、UIN-C通过市电输入采样电路送给单片机的相应A/D转换端口，经单片机的控制单元进行运算处理，判断市电的电压、频率和相位正常时送出转换控制信号，控制第二继电器RY2吸合，再通过输出的各电流采样互感器输出，互感器将输出的电流采样信号通过市电输出采样电路转换后送给单片机的相应A/D转换端口，经单片机的控制单元进行运算处理，判断输出的负载功率，负载功率正常时直接输出，过载或短路时立即保护断开第二继电器RY2；同时市电经第二继电器RY2加载到变换变压器的次级绕组(星形连接)上，通过变压器耦合给初级绕组(三角形连接)，输出给IGBT开关管组成的三相全桥变换器，通过6个JGBT开关管高频整流，在经直流总线滤波电容C12滤波后，通过第一继电器RY1和电阻R7组成的软启动电路给蓄电池组充电。
当单片机检测到市电输入异常时，发出转换控制信号断开第二继电器RY1的各常开触点，同时发出三相SPWM逆变控制信号，通过驱动电路驱动逆变器的三相全桥变换器，驱动转换变压器的初级(三角形连接)，通过变压确耦合，次级绕组(星形连接)，输出三相四线电压，通过变压器的漏感和输出滤波电容，将SPWM波滤成纯正的正弦波输出，输出通过电流采样互感器进行负载功率采样，当输出过载或短路时关闭逆变SPWM信号，停止输出保护。
当在无市电输入时，蓄电池冷启动，在开机时蓄电池组已通过电阻R7给直流总线充电，当直流总线电压充满时，单片机才送出控制信号闭合第一继电器RY1；然后才发SPWM信号(SPWM的脉冲宽度从0逐渐加宽至额定值)，逆变电压从0V上升到额定值，实现蓄电池组软启动。
上述实施例仅为本实用新型的较佳实施例，并非用来限定本实用新型的实施范围；即凡依本实用新型内容所作的变化与变型，都为本实用新型权利要求所要求保护的范围所涵盖。
Claims (6)
1.小型三相互动式UPS电源，包括市电输入、滤波电路、切换电路、市电输入采样电路、市电输出采样电路、蓄电池组、电池采样电路、逆变器和控制模块，市电输入一路依次经滤波电路、切换电路后输出，市电输入另一路依次经市电输入采样电路、控制模块、逆变器后输出；市电输出采样电路接入控制模块；蓄电池组一路输入逆变器，蓄电池组另一路经电池采样电路后接入控制模块，所述控制模块根据市电输入采样电路、市电输出采样电路、电池采样电路的采样信号来控制切换电路接通或断开市电，并控制逆变器，使蓄电池组的直流电经逆变器逆变输出三相交流电后输出至负载，其特征在于：所述控制模块包括控制单元以及分别与控制单元连接的A/D转换模块、频率捕捉模块、PWM模块和控制信号I/O口，所述市电输入采样电路、市电输出采样电路、电池采样电路的输出端分别接入A/D转换模块的输入端，所述市电输入采样电路、市电输出采样电路还分别接入频率捕捉模块，所述PWM模块的输出端接至逆变器的驱动信号输入端，所述切换电路的控制端与控制信号I/O口的相应端口相连；
通过控制单元分析处理经A/D转换模块转换输入的市电各相输入、输出的电压和相位以及蓄电池组的电压，同时分析处理经频率捕捉模块捕捉输入的市电输入、输出频率；再由控制单元控制PWM模块输出逆变驱动信号驱动逆变器，将蓄电池组的直流电逆变输出三相交流电，并控制切换电路接通或断开市电。
2.根据权利要求1所述的小型三相互动式UPS电源，其特征在于：所述UPS电源还包括用于检测逆变器温度的温度采样电路，温度采样电路的输出端接至A/D转换模块的相应输入端。
3.根据权利要求2所述的小型三相互动式UPS电源，其特征在于：所述UPS电源还包括用于防止浪涌电流的软启动电路，该软启动电路连接于蓄电池组和逆变器之间，并具有软启动控制端，连接于控制信号I/O口的相应端口上。
4.根据权利要求3所述的小型三相互动式UPS电源，其特征在于：所述软启动电路包括第一继电器和电阻，所述第一继电器的一个常开触点串接在蓄电池组与逆变器之间的输出回路上，所述电阻并接于第一继电器的常开触点两端；所述第一继电器的控制端即为软启动控制端。
5.根据权利要求3所述的小型三相互动式UPS电源，其特征在于：所述切换电路包括第二继电器，该第二继电器具有三个常开触点，各个常开触点分别串接于滤波电路和输出负载之间的各相相线上；所述第二继电器的控制端即为切换电路的控制端。
6.根据权利要求1-5任一项所述的小型三相互动式UPS电源，其特征在于：所述控制模块为具有所述控制单元、A/D转换模块、频率捕捉模块、PWM模块和控制信号I/O口的单片机。
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