專利名稱：一種小型應(yīng)急電源的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種小型應(yīng)急FEPS電源。
技術(shù)背景一般的FEPS電源輸入、輸出等參數(shù)的調(diào)整都是由電位器實(shí)現(xiàn)的，SPWM電路由一般 的分離元器件組成且故障率高，電路中輸入和輸出的采樣整流由一般的整流橋?qū)崿F(xiàn)，零點(diǎn) 檢測的精確度不高。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的就是提出一種能克服背景技術(shù)缺陷，實(shí)現(xiàn)單片機(jī)控制的小型應(yīng)為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型小型應(yīng)急電源，包括市電輸入、輸入采樣電路、轉(zhuǎn)換 電路、蓄電池組、逆變-充電電路、變壓器和單片機(jī)控制電路，市電輸入經(jīng)轉(zhuǎn)換電路連接變 壓器，蓄電池組經(jīng)逆變-充電電路連接變壓器，輸入采樣電路的采樣信號輸入到單片機(jī)控 制電路的對應(yīng)輸入端口，單片機(jī)控制電路分別輸出充電PWM波至逆變-充電電路，輸出逆變 驅(qū)動PWM波至逆變-充電電路。單片機(jī)控制電路輸入輸入采樣電路的采樣信號，當(dāng)市電輸入正常時(shí)，輸出轉(zhuǎn)換控 制信號控制轉(zhuǎn)換電路接通，同時(shí)關(guān)閉逆變驅(qū)動PWM波的輸出，送出充電PWM波至逆變-充電 電路，啟動充電電路工作，市電輸入經(jīng)轉(zhuǎn)換電路、變壓器輸出，同時(shí)經(jīng)逆變-充電電路為蓄 電池組充電，當(dāng)市電輸入異常時(shí)，單片機(jī)控制電路輸出轉(zhuǎn)換控制信號控制轉(zhuǎn)換電路斷開，同 時(shí)關(guān)閉充電PWM波的輸出，送出逆變驅(qū)動PWM波至逆變-充電電路，驅(qū)動逆變電路工作，蓄 電池組經(jīng)逆變-充電電路、變壓器逆變輸出。還可以包括輸出采樣電路，單片機(jī)控制電路輸入輸出采樣電路的采樣信號，根據(jù) 輸出電壓的采樣信號，調(diào)節(jié)逆變驅(qū)動PWM波的脈沖寬度，實(shí)現(xiàn)對輸出的穩(wěn)壓。還可以包括電 池采樣電路，單片機(jī)控制電路輸入電池采樣電路的采樣信號，根據(jù)電池采樣信號，調(diào)節(jié)充電 PWM波的脈沖寬度，保持充電電流的穩(wěn)定等等。在一種實(shí)施方式中，上述輸入采樣電路包含輸入正弦波幅度采樣電路，該輸入正 弦波幅度采樣電路包含交流降壓電路、運(yùn)放整流電路和濾波電路，市電輸入依次經(jīng)交流降 壓電路，運(yùn)放整流電路、濾波電路輸出市電輸入的幅度采樣信號。在一種實(shí)施方式中，上述輸出采樣電路包含輸出交流正弦波幅度采樣電路，該輸 出交流正弦波幅度采樣電路包含交流降壓電路、運(yùn)放整流電路和濾波電路，輸出交流電壓 依次經(jīng)交流降壓電路，運(yùn)放整流電路、濾波電路后輸出幅度采樣信號。本實(shí)用新型由于設(shè)有單片機(jī)控制電路，故可以利用單片機(jī)內(nèi)部的定時(shí)器和比較中 斷產(chǎn)生SPWM，從而，無需分立元件組成SPWM電路，同時(shí)由于單片機(jī)可以根據(jù)采樣信號自動 調(diào)節(jié)參數(shù)，故無需通過電位器人工調(diào)節(jié)。本實(shí)用新型是一種單片機(jī)控制的高集成FEPS電 源，所有參數(shù)的調(diào)節(jié)和SPWM波的調(diào)制都由軟件完成，采樣電路中運(yùn)用運(yùn)放整流，提高對正弦波檢測的精確度。本實(shí)用新型工藝簡單，電路性能穩(wěn)定，成本低，操作簡單。 附圖 說明

圖1是本實(shí)用新型實(shí)施例的電路方框圖；圖2是本實(shí)用新型實(shí)施例輸入采樣電路原理圖；圖3是本實(shí)用新型實(shí)施例輸出采樣電路原理圖；圖4是本實(shí)用新型實(shí)施例電池采樣電路原理圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖詳述本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)如圖1所示，為本實(shí)用新型實(shí)施例的電路方框圖，包括市電輸入、EMI濾波電路、輸 入采樣電路、轉(zhuǎn)換電路、電池采樣電路、蓄電池組、逆變-充電電路、變壓器、輸出濾波電路、 輸出采樣電路和單片機(jī)控制電路，市電輸入經(jīng)EMI濾波電路、轉(zhuǎn)換電路連接變壓器，蓄電池 組經(jīng)逆變_充電電路連接變壓器。市電輸入首先經(jīng)過EMI濾波電路，濾除市電的雜波信號，然后施加到轉(zhuǎn)換電路上， 單片機(jī)通過對市電輸入采樣，控制市電工作、電池應(yīng)急逆變工作的轉(zhuǎn)換。當(dāng)市電輸入正常 時(shí)，單片機(jī)輸出轉(zhuǎn)換控制信號至轉(zhuǎn)換電路，控制轉(zhuǎn)換電路接通，市電輸入經(jīng)EMI濾波電路、 轉(zhuǎn)換電路、變壓器輸出，此時(shí)變壓器的初級有電流流過，變壓器的次級就作為充電繞組進(jìn)行 工作，變壓器的設(shè)計(jì)特點(diǎn)是次級即是逆變繞組又是充電繞組，充電和逆變的轉(zhuǎn)換完全由單 片機(jī)控制，單片機(jī)在市電正常時(shí)發(fā)出充電PWM波給逆變-充電電路，啟動充電電路工作，給 蓄電池組充電，不送出逆變驅(qū)動PWM波，逆變電路關(guān)閉。當(dāng)市電輸入異常時(shí)，單片機(jī)輸出轉(zhuǎn) 換控制信號斷開轉(zhuǎn)換電路，從而斷開市電的輸入，同時(shí)關(guān)閉充電PWM波的輸出，送出逆變驅(qū) 動PWM波，關(guān)閉充電電路，驅(qū)動逆變電路工作，蓄電池組經(jīng)逆變-充電電路、變壓器逆變輸 出。電池應(yīng)急與否完全由單片機(jī)控制，只有在市電異常時(shí)才工作，市電正常時(shí)電池組處于充 電模式?？梢?，如果市電輸入正常，由市電給輸出供電，同時(shí)市電連接到變壓器上，通過雙向 變換電路，即逆變-充電電路給電池組充電；當(dāng)市電中斷或異常，如過高或過低，自動切換 到電池應(yīng)急逆變工作。通過輸出濾波電路，濾除SPWM波高頻信號，輸出純正的正弦交流電 給負(fù)載。通過對輸出的采樣反饋控制穩(wěn)定輸出，同時(shí)對負(fù)載的監(jiān)測，實(shí)現(xiàn)對輸出的保護(hù)。所 有的控制均由單片機(jī)控制。變壓器的逆變繞組又是充電繞組，逆變電路的一部分又是充電電路的驅(qū)動，其工 作模式完全由單片機(jī)控制，此設(shè)計(jì)的特點(diǎn)是去掉了單獨(dú)的充電板，二是充電電流比一般的 充電板要大，三是充電電壓和電流穩(wěn)定性高，干擾雜波小，逆變電路的輸入輸出是在變壓器 的初級，而充電的輸入和輸出是在變壓器的次級。單片機(jī)采用FREESCAL公司的MCU，MC9S08AW16。此單片機(jī)有8位8通道的A/D，有 34個(gè)1/0，2個(gè)定時(shí)器，LQFP-G44的SMD封裝，外圍電路簡單。1.8通道的A/D實(shí)現(xiàn)對輸入電壓、輸出電壓、電池電壓、負(fù)載電流、充電電流的模數(shù) 轉(zhuǎn)換；2.利用內(nèi)部定時(shí)器和比較中斷可以產(chǎn)生SPWM。同時(shí)根據(jù)對輸出電壓的采樣對 SPWM的脈沖寬度進(jìn)行調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)對輸出的穩(wěn)壓。同時(shí)根據(jù)對輸入頻率和相位的測量，跟蹤調(diào)節(jié)而實(shí)現(xiàn)鎖相。3.其它的口線實(shí)現(xiàn)對電路的各種控制。如圖2所示，為實(shí)施例的輸入采樣電路原理圖，首先經(jīng)交流降壓電路降壓，交流降 壓電路包含輸入分壓電阻和差分電壓比較器，市電輸入經(jīng)輸入分壓電阻分壓后，再經(jīng)差分 電壓比較器輸出小幅度正弦波。如圖2所示，A-input是市電輸入的火線，N為市電輸入的 零線，電路中R9、RU R2、RlU R16、R19、R20、R23為輸入分壓電阻，UlA和外圍電阻組成了 一個(gè)差分電壓比較器，對輸入正弦波進(jìn)行降壓和差分處理后由UlA的1腳分兩路輸出一個(gè) 與輸入同頻同相的小幅度的正弦波，一路送到整流濾波電路，以輸出市電輸入的幅度采樣 信號，另一路送到方波發(fā)生器，以輸出市電輸入頻率采樣信號。整流濾波電路包含運(yùn)放整流 電路和濾波電路，該運(yùn)放整流電路包括比較器U2B、電阻R6、R22、R15、二極管D1、D4、比較器 U2A、電阻R7、R8，電阻R6的一端連接比較器U2B的反相端，另一端連接二極管Dl的正極， 電阻R15連接在比較器U2B的同相端與地之間，電阻R22連接在比較器U2B的反相端與比 較器U2A的同相端之間，二極管Dl的負(fù)極和二極管D4的正極互相連接后，再連接到比較器 U2B的輸出端，二極管D4的負(fù)極連接比較器U2A的同相端，電阻R7連接在二極管Dl的正極 與比較器U2A的反相端之間，電阻R8跨接在比較器U2A的反相端和輸出端之間。工作原理 是小幅度正弦波一路經(jīng)RIO、R5送到U2B的6腳，當(dāng)輸入正弦波的正半周加到U2B的6腳 時(shí)，由于6腳是比較器的反相端，當(dāng)6腳電壓高時(shí)，7腳輸出為與6腳反相的負(fù)半周的正弦 波，由于5腳接地，能很好的檢測零點(diǎn)，當(dāng)7腳為低時(shí)，通過二極管Dl就拉低了 U2A比較器2 腳的電壓，當(dāng)2腳比3腳低時(shí)，1腳就輸出與輸入同變化的正弦波的正半周，反之，當(dāng)U2B比 較器6腳的正弦波為負(fù)半周時(shí)，U2B比較器的6腳電壓比5腳低，7腳輸出為正弦波的正半 周，此正半周通過二極管D4加到U2A的3腳，1腳又輸出正弦波的正半周，故輸入50Hz的正 弦波，整流后輸出IOOHz的正脈沖波，完成整流。濾波電路包括電容C4。市電輸入A-input 經(jīng)降壓輸入比較器U2B的反相端，比較器U2A的輸出端輸出整流信號，該整流信號經(jīng)電阻 R17和R25分壓，電容C4濾波后輸出市電輸入幅度采樣信號U-INPUT至單片機(jī)。方波發(fā)生 器包含比較器UlB和三極管Q2，將輸入的正弦波變換成與之同頻同步的50Hz方波。工作原 理是小幅度正弦波另一路經(jīng)R26送到UlB的6腳，當(dāng)輸入正弦波的正半周加到UlB的6腳 時(shí)，由于6腳比5腳電壓高，7腳輸出為低電平，通過電阻R29將Q2的基級拉低，三極管Q2 的C級此時(shí)就為高電平，反之，當(dāng)正弦波的負(fù)半周加到UlB的6腳時(shí)，7腳輸出高電平，Q2導(dǎo) 通，C級輸出與輸入同頻同相的50Hz方波信號FA-IN至單片機(jī)，該50Hz方波信號FA-IN就 為市電輸入頻率采樣信號。如圖3所示，為實(shí)施例的輸出采樣電路原理圖。輸出交流首先經(jīng)交流降壓電路降 壓，交流降壓電路包含輸入分壓電阻和差分電壓比較器，輸出交流經(jīng)輸入分壓電阻分壓后， 再經(jīng)差分電壓比較器輸出小幅度正弦波。如圖3所示，A-INV是逆變輸出交流的火線，N為 逆變輸出交流的零線，電路中R42、R34、R35、R44、R47、R49、R50、R57為輸入分壓電阻，U3B 和外圍電阻組成了一個(gè)差分電壓比較器，對輸入正弦波進(jìn)行降壓和差分處理后由U3B的7 腳輸出一個(gè)與輸入同頻同相的小幅度的正弦波，然后，送到整流濾波電路，以輸出輸出交流 幅度采樣信號。整流濾波電路包含運(yùn)放整流電路和濾波電路，該運(yùn)放整流電路包括比較器 U3A、電阻R39、R52、R46、二極管D12、D14、比較器U4A、電阻R40、R41，電阻R39的一端連接 比較器U3A的反相端，另一端連接二極管D12的正極，電阻R46連接在比較器U3A的同相端與地之間，電阻R52連接在比較器U3A的反相端與比較器U4A的同相端之間，二極管D12的 負(fù)極和二極管D14的正極互相連接后，再連接到比較器U3A的輸出端，二極管D14的負(fù)極連 接比較器U4A的同相端，電阻R40連接在二極管D12的正極與比較器U4A的反相端之間，電 阻R41跨接在比較器U4A的反相端和輸出端之間。電路結(jié)構(gòu)和工作原理與輸入正弦波幅度 采樣電路的運(yùn)放整流電路相同。濾波電路包括電容C14。輸出交流A-INV經(jīng)降壓輸入比較 器U3A的反相端，比較器U4A的輸出端輸出整流信號，該整流信號經(jīng)電阻R48和R59分壓， 電容C14濾波后輸出輸出交流幅度采樣信號U-INVERT至單片機(jī)。 如圖4所示，為實(shí)施例的電池采樣電路原理圖。+B為電池電壓輸入端，經(jīng)電阻R76、 R77、R78、R82分壓后，輸出電池電壓采樣信號U-BAT至單片機(jī)。I_CH為電池充電電流輸入 端，經(jīng)過R85、W1的調(diào)節(jié)后送到U7A的2腳，經(jīng)U7A放大后，輸出充電電流采樣信號I-CHG至 單片機(jī)。
權(quán)利要求一種小型應(yīng)急電源，其特征在于，包括市電輸入、輸入采樣電路、轉(zhuǎn)換電路、蓄電池組、逆變-充電電路、變壓器和單片機(jī)控制電路，市電輸入經(jīng)轉(zhuǎn)換電路連接變壓器，蓄電池組經(jīng)逆變-充電電路連接變壓器，輸入采樣電路的采樣信號輸入到單片機(jī)控制電路的對應(yīng)輸入端口，單片機(jī)控制電路分別輸出轉(zhuǎn)換控制信號至轉(zhuǎn)換電路，輸出充電PWM波至逆變-充電電路，輸出逆變驅(qū)動PWM波至逆變-充電電路。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的小型應(yīng)急電源，其特征在于還包括輸出采樣電路，輸出采樣 電路的采樣信號輸入到單片機(jī)控制電路的對應(yīng)輸入端口。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的小型應(yīng)急電源，其特征在于還包括電池采樣電路，電池 采樣電路的采樣信號輸入到單片機(jī)控制電路的對應(yīng)輸入端口。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的小型應(yīng)急電源，其特征在于所述輸入采樣電路包含輸入正 弦波幅度采樣電路，該輸入正弦波幅度采樣電路包含交流降壓電路、運(yùn)放整流電路和濾波 電路，市電輸入依次經(jīng)交流降壓電路、運(yùn)放整流電路、濾波電路輸出市電輸入的幅度采樣信 號。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的小型應(yīng)急電源，其特征在于所述交流降壓電路包含輸入分 壓電阻和差分電壓比較器，市電輸入經(jīng)輸入分壓電阻分壓后，再經(jīng)差分電壓比較器輸出小 幅度正弦波。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的小型應(yīng)急電源，其特征在于所述運(yùn)放整流電路包括比較器 U2B、電阻R6、R22、Rl5、二極管Dl、D4、比較器U2A、電阻R7、R8，電阻R6的一端連接比較器 U2B的反相端，另一端連接二極管Dl的正極，電阻R15連接在比較器U2B的同相端與地之 間，電阻R22連接在比較器U2B的反相端與比較器U2A的同相端之間，二極管Dl的負(fù)極和 二極管D4的正極互相連接后，再連接到比較器U2B的輸出端，二極管D4的負(fù)極連接比較器 U2A的同相端，電阻R7連接在二極管Dl的正極與比較器U2A的反相端之間，電阻R8跨接在 比較器U2A的反相端和輸出端之間，市電輸入經(jīng)降壓輸入比較器U2B的反相端，比較器U2A 的輸出端輸出整流信號。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的小型應(yīng)急電源，其特征在于所述輸出采樣電路包含輸出交 流正弦波幅度采樣電路，該輸出交流正弦波幅度采樣電路包含交流降壓電路、運(yùn)放整流電 路和濾波電路，輸出交流電壓依次經(jīng)交流降壓電路、運(yùn)放整流電路、濾波電路后輸出交流幅 度采樣信號。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的電源，其特征在于所述交流降壓電路包含輸入分壓電阻和 差分電壓比較器，輸出交流經(jīng)輸入分壓電阻分壓后，再經(jīng)差分電壓比較器輸出小幅度正弦 波。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的電源，其特征在于所述運(yùn)放整流電路包括比較器U3A、電阻 R39、R52、R46、二極管D12、D14、比較器U4A、電阻R40、R41，電阻R39的一端連接比較器U3A 的反相端，另一端連接二極管D12的正極，電阻R46連接在比較器U3A的同相端與地之間， 電阻R52連接在比較器U3A的反相端與比較器U4A的同相端之間，二極管D12的負(fù)極和二 極管D14的正極互相連接后，再連接到比較器U3A的輸出端，二極管D14的負(fù)極連接比較器 U4A的同相端，電阻R40連接在二極管D12的正極與比較器U4A的反相端之間，電阻R41跨 接在比較器U4A的反相端和輸出端之間，輸出交流經(jīng)降壓輸入比較器U3A的反相端，比較器 U4A的輸出端輸出整流信號。
專利摘要本實(shí)用新型公開一種小型應(yīng)急電源，包括市電輸入、輸入采樣電路、轉(zhuǎn)換電路、蓄電池組、逆變-充電電路、變壓器和單片機(jī)控制電路，市電輸入經(jīng)轉(zhuǎn)換電路連接變壓器，蓄電池組經(jīng)逆變-充電電路連接變壓器，輸入采樣電路的采樣信號輸入到單片機(jī)控制電路的對應(yīng)輸入端口，單片機(jī)控制電路分別輸出充電PWM波至逆變-充電電路，輸出逆變驅(qū)動PWM波至逆變-充電電路。本實(shí)用新型無需分立元件組成SPWM電路，無需通過電位器人工調(diào)節(jié)參數(shù)，參數(shù)的調(diào)節(jié)和SPWM波的調(diào)制都由單片機(jī)控制完成。
文檔編號H02J9/06GK201570894SQ200920265120
公開日2010年9月1日 申請日期2009年12月17日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月17日
發(fā)明者潘世高, 羅蜂, 黃敏 申請人:佛山市柏克電力設(shè)備有限公司