[發明專利]一種基于直流支撐技術的工業驅動電源不間斷保護裝置

有效

• 申請號: 201811206397.4
• 申請日: 2018-10-17
• 公開（公告）號: CN109301922B
• 公開（公告）日: 2022-04-05
• 發明（設計）人: 楊東升;劉祎笑;羅艷紅;楊珺;王碩;盛鴻翔;孫維東
• 申請（專利權）人: 東北大學
• 主分類號: H02J9/06
• 分類號: H02J9/06;H02J7/00
• 代理公司: 沈陽優普達知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 21234
• 代理人: 陳曦

1.一種基于直流支撐技術的工業驅動電源不間斷保護裝置，其特征在于，包括：

單片機主控單元，用于控制整個裝置運行；

電壓電流檢測單元，與所述單片機主控單元相連接用于檢測電網電壓電流及負載輸出電壓電流并反饋給單片機主控單元以判斷電網是否存在電壓暫降和短時中斷；

電源管理單元，與所述單片機主控單元相連接用于提供穩定的后備電源；

直流供電單元，分別與電網和電源管理單元的后備電源相連接用于將電網或后備電源轉換成可調的直流電壓，輸出給執行切換單元；

執行切換單元，分別與所述單片機主控單元、直流供電單元、電網以及負載相連接，當單片機主控單元判定電網發生電壓暫降或短時中斷時，執行切換單元用于切換負載的供電電源，利用裝置產生的可調直流電壓作為負載的供電電源；

通訊顯示單元，與所述單片機主控單元相連接用于顯示數據信息；

所述電壓電流檢測單元包括電網電壓幅值采樣電路、電網電壓電流相位采樣電路以及負載電壓電流檢測電路；所述電網電壓幅值采樣電路的輸入端接220V電網，輸出端接單片機主控單元的A/D數據轉換接口，用于將220V正弦交流電壓轉換為單片機主控單元可以處理的幅值不超過3.3V的正電壓；所述電網電壓電流相位采樣電路的輸入端接220V電網，輸出端接單片機主控單元的A/D數據轉換接口，用于通過比較器和電流互感器將電網電壓與電流的相位信息轉換為方波輸入給單片機主控單元；所述負載電壓電流檢測電路的輸入端接負載線圈，輸出端接單片機主控單元的A/D數據轉換接口，用于檢測負載輸出側的電壓電流信息；

所述電源管理單元包括后備電源、智能充放電電路、電源保護電路和電壓電流溫度監測電路；所述后備電源分別與智能充放電電路和電源保護電路相連接，采用18650的鋰電池作為供電電源，用于在發生電能質量問題時為裝置提供4.2V的直流電源；所述智能充放電電路分別與所述單片機主控單元的充電控制端口和電池電量檢測端口相連接，用于加快鋰電池的充電時間以及改善鋰電池的使用壽命；所述電源保護電路與所述后備電源相連接，包括電池防反接電路和蜂鳴器報警電路，用于提供反極性保護和對鋰電池的發熱保護；所述電壓電流溫度監測電路分別與后備電源和單片機主控單元的數據采集端口相連接，用以監測后備電源的電壓、電流、溫度，作為電源管理單元過壓、過流、過溫監控保護的依據；

所述直流供電單元包括整流電路、電源雙向選擇電路、變壓器推挽輸出電路、整流濾波電路和穩壓可調電路；所述整流電路的輸入端接220V電網，輸出端連接電源雙向選擇電路的一個輸入端，用于將220V的電網電壓轉換成5V的直流電壓；所述電源雙向選擇電路一個輸入端連接整流電路的輸出端，另一輸入端連接電源管理單元的輸出端，輸出端連接變壓器推挽輸出電路，用于在整流電路和后備電源之間完成供電電源的切換，在電網正常時用電網電壓為整個裝置供電，當電網電能質量下降時，切換為后備電源供電；所述變壓器推挽輸出電路的輸入端連接電壓雙向選擇電路的輸出端，輸出端連接整流濾波電路的輸入端，變壓器推挽輸出電路和整流濾波電路用于輸出+30V的直流電源U0和-30V的直流電源U1；所述穩壓可調電路的輸入端與整流濾波電路的輸出端相連，輸出端與切換執行單元的一個輸入端相連；穩壓可調電路采用兩路輸出，正極穩壓輸出電路和負極穩壓輸出電路，分別將+30V的直流電源U0轉換為0～30V可調的電壓VDD，將-30V的直流電源U1轉換為-30V～0V之間可調的電壓VEE，進而作為與負載線圈相匹配的直流可調電壓；

所述執行切換單元包括驅動電路、切換電路和LC振蕩電路；所述驅動電路的輸入端連接單片機主控單元的控制信號輸出端口，輸出端連接切換電路，用于產生控制IGBT導通和關斷的控制信號；所述切換電路的輸入端與驅動電路和穩壓可調電路相連，輸出端與負載線圈相連，用于完成220V電網與后備電源的切換；所述LC振蕩電路由諧振電感和諧振電容組成，并聯在負載線圈兩端，在電網發生短時中斷時能為負載提供一部分緩沖能量，增加裝置保護的成功率；

所述正極穩壓輸出電路和負極穩壓輸出電路的結構相同，包括：第一電阻R1、第二電阻R2、第一二極管VD1、第二二極管VD2、第三二極管VD3、第一電容C1、第二電容C2、第三電容C3、第四電容C4、第一可調電阻RP1和穩壓器LM317；第一電阻R1和第一二極管VD1串聯后和第一電容C1、第二電容C2并聯接在輸入電源的正負極間；第二電阻R2和第三電容C3串聯后和第四電容C4并聯接在輸出電源的正負極間；穩壓器LM317串接在輸入電源的正極和輸出電源的正極之間，第二二極管VD2并聯在穩壓器LM317兩端，第二二極管VD2的負極與穩壓器LM317的第一輸入端相連，第二二極管VD2正極與穩壓器LM317的輸出端相連；第一可調電阻RP1的一端與穩壓器LM317的第二輸入端相連，另一端與輸出電源的負極相連，第一可調電阻RP1的可調端與輸出電源的負極相連；第三二極管VD3的負極與穩壓器LM317輸出端相連接，第三二極管VD3的正極分別連接到穩壓器LM317和第一可調電阻RP1的交點上、第二電阻和第三電容的交點上，輸入電源的負極和輸出電源的負極均接地；

所述切換電路包括：第一IGBT、第二IGBT、第三IGBT、第四IGBT、第五電阻、第六電阻、第七電阻、第八電阻、第九電容、第十電容、第十一電容、第十二電容、第十三電容和第一電感；第九電容C9的兩端分別與電網的火線LIVE和零線NEUTRAL相接，零線與地連接；火線LIVE同時連接第一IGBT G0的集電極和第二IGBT G1的發射極，第一IGBT G0的發射極與第二IGBTG1的集電極相連，同時連接第一電感的一端和負載的輸入端，負載的輸出端接至零線NEUTRAL；第三IGBT G2的集電極與輸入電源VDD相連，第四IGBT G3的發射極與輸入電源VEE相連，第三IGBT G2的發射極和第四IGBT G3的集電極相連，同時連接第一電感的另一端；第一IGBT、第二IGBT、第三IGBT和第四IGBT的柵極與驅動電路相連，由驅動電路給出控制信號；第五電阻R5和第十電容C10串聯組成緩沖電路，連接在第一IGBT G0的集電極和發射極之間；第六電阻R6和第十一電容C11串聯組成緩沖電路，連接在第二IGBT G1的集電極和發射極之間；第七電阻R7和第十二電容C12串聯組成緩沖電路，連接在第三IGBT G2的集電極和發射極之間；第八電阻R8和第十三電容C13串聯組成緩沖電路，連接在第四IGBT G3的集電極和發射極之間。