CN103001228A - 一种用于延长主要负载工作时间的二次下电装置和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种用于延长主要负载工作时间的二次下电方法和装置，该装置包括电压阈值提供模块、电压取样模块、控制信号产生模块和通断操作模块；电压取样模块与不间断电源连接，用于对不间断电源的电压取样；电压阈值提供模块用于提供预设电压；电压取样模块和电压阈值提供模块均与控制信号产生模块相连接；控制信号产生模块还与通断操作模块相连接，通断操作模块用于控制次要负载与不间断电源的通断。本发明解决了不间断电源在电池模式下，延长主要负载工作时间的问题。实现了当市电断电，电池电压降到设定电压时，自动切断对次要负载的供电；市电恢复正常后，自动把断开的次要负载再接入供电。从而延长主要负载的后备时间。
Description
技术领域
本发明涉及电子电路技术领域，尤其涉及一种用于延长主要负载工作时间的二次下电装置和方法。
背景技术
不间断电源（Uninterruptible Power System UPS）是一种含有储能装置的恒压恒频不间断电源，主要用于给电力电子设备提供不间断的电力供应。当市电输入正常时，不间断电源将市电稳压后供应给负载使用，此时的不间断电源就是一台交流市电稳压器，同时它还向机内电池充电；当市电中断（事故停电）时，不间断电源立即将机内电池的电能，通过逆变转换的方法向负载继续供电，使负载维持正常工作并保护负载软、硬件不受损坏。
然而，电池的能量储备是有限的，目前大多数情况下，负载直接接在不间断电源后，没有区分主要负载和次要负载，这样，次要负载就会消耗额外的能量，减少了主要负载的工作时间。为了不间断电源在电池模式下能延长主要负载的工作时间，要把次要负载的供电切断。在不采用本发明技术方案的情况下，在市电停电的时，只能人工把次重要的负载卸掉，当市电恢复正常时，再人工把负载重新接上。
发明内容
本发明提供了一种用于延长主要负载工作时间的二次下电装置和方法，以确保在市电断电后，自动切断次要负载的供电；而市电恢复正常后，自动把断开的次要负载再接入供电。所述技术方案如下：
一种用于延长主要负载工作时间的二次下电装置，包括：
电压取样模块，与不间断电源相连接，用于对所述不间断电源的电压取样，提供取样电压；
电压阈值提供模块，用于提供预设电压，该预设电压作为是否对次要负载供电的阈值电压；
控制信号产生模块，分别与所述电压取样模块和所述电压阈值提供模块相连接，用于产生控制信号；
通断操作模块，与所述控制信号产生模块相连接，用于根据所述控制信号产生模块所提供的控制信号来控制所述次要负载与所述不间断电源的通断。
进一步的，所述控制信号产生模块包括电压比较电路模块和隔离电路模块：
所述电压比较电路模块包括第一输入端、第二输入端和输出端，其中第一输入端与所述电压阈值提供模块相连；第二输入端与电压取样模块相连；所述电压比较电路模块用于比较所述取样电压和所述预设电压的大小，输出比较的结果作为控制信号；
所述隔离电路模块包括输入端和输出端，输入端与所述电压比较电路模块的输出端相连，输出端与所述通断操作模块相连，其中所述隔离电路模块用于隔离所述控制信号产生模块和通断操作模块。
进一步的，在所述电压比较电路模块的第一输入端和输出端之间串联接入了电阻和二极管，组成回差控制反馈电路。
进一步的，所述隔离电路采用了迟滞比较器。
进一步的，所述通断操作模块包括：
开关器件，与所述控制信号产生模块相连接从而接收所述控制信号；
继电器，连接到所述开关器件；
其中所述开关器件根据所述控制信号而导通或断开，从而对继电器触点进行控制以便引起次要负载与不间断电源之间的导通或断开。
进一步的，所述开关器件是晶体管。
一种用于延长重要负载工作时间的二次下电方法，包括：
提供预设电压，作为是否对次要负载供电的阈值电压；
对不间断电源的电压取样，得到取样电压；
比较所述取样电压和所述预设电压的大小，将比较结果作为控制信号；以及
根据所述控制信号而引起次要负载与不间断电源之间的导通或断开。
进一步的，所述控制信号包括高电平、低电平两种状态。
进一步的，在比较所述取样电压和所述预设电压的大小时，采用了回差反馈的方法。
进一步的，所述“根据所述控制信号而引起次要负载与不间断电源之间的导通或断开”进一步包括根据所述控制信号而导通或断开开关器件，从而对与开关器件相连的继电器触点进行通断控制以便引起次要负载与不间断电源之间的导通或断开。
本发明实施例提供的技术方案，将主要负载直接接在不间断电源的输出端，次要负载通过本发明实施例提供的二次下电装置，与不间断电源的输出端相接，解决了不间断电源在电池模式下，延长主要负载工作时间的问题。实现了当市电断电，电池电压降到设定电压时，自动切断对次要负载的供电；市电恢复正常后，自动把断开的次要负载再接入供电。从而延长主要负载的后备时间。
附图说明
图1是本发明实施例提供的用于延长主要负载工作时间的二次下电装置系统功能模块框图；
图2是本发明实施例一提供的用于延长主要负载工作时间的二次下电装置电路示意图；
图3是本发明实施例二提供的在使用三相电或者负载较大时，用于延长主要负载工作时间的二次下电装置电路示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例，仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。
实施例一
图1是本发明实施例提供的用于延长主要负载工作时间的二次下电装置系统功能模块框图。本实施例提供了一种用于延长主要负载工作时间的二次下电装置，如图1所示，该装置包括：电压阈值提供模块101、电压取样模块102、控制信号产生模块103和通断操作模块104。
电压取样模块102与不间断电源相连接；用于对不间断电源的电压取样，提供取样电压。电压阈值提供模块101，用于提供预设电压，作为是否对次要负载供电的阈值电压。控制信号产生模块103，用于产生控制信号；电压取样模块102和电压阈值提供模块101均与控制信号产生模块103相连接；通断操作模块104，用于控制次要负载与不间断电源的通断；通断操作模块104与控制信号产生模块103相连接。
其中，控制信号产生模块103进一步包括电压比较电路模块和隔离电路模块；
电压比较电路模块包括第一输入端、第二输入端和输出端，其中第一输入端与电压阈值提供模块相连；第二输入端与电压取样模块的输出端相连。电压比较电路模块用于比较取样电压和预设电压的大小，输出比较的结果作为控制信号。当电压在预设电压值的周围波动变化时，开关就在不停的变化，以致对控制设备有极大的损害，因此，在电压比较电路模块的第一输入端和输出端之间接入了电阻和二极管，组成回差控制反馈电路。使得控制点转变成了控制段，从而保护了控制设备不因取样电压的波动而受到损坏。
隔离电路模块包括输入端和输出端，输入端与电压比较电路模块的输出端相连，用于隔离控制信号产生模块和通断操作模块。隔离电路的输入与电压比较电路的输出相连。隔离电路采用了迟滞比较器，起到了隔离的作用，降低了信号在跳变电压值附近产生的干扰。减小了控制信号的波动，使输出的控制信号保持稳定。
通断操作模块104进一步包括开关器件和继电器；
开关器件的控制端与控制信号输出端相连，开关器件和继电器相连；控制信号控制开关器件的导通与关闭，进而控制继电器触点动作，以控制次要负载与不间断电源之间的通断。其中，开关器件是晶体管，晶体管的基极作为控制端输入控制信号。
在实施例中，将主要负载直接接在不间断电源的输出端，次要负载通过本发明实施例提供的二次下电装置，与不间断电源的输出端相接。首先，电压阈值提供模块提供预设电压，作为是否对次要负载供电的阈值电压这个预设电压值的大小可任意根据实际需要的情况而定；通过电压取样模块对不间断电源的电压取样，得到取样电压；通过电压比较电路比较取样电压和预设电压的大小，将电压比较电路的输出作为控制信号。控制信号包括高电平、低电平两种状态，把控制信号输入到开关器件的控制端，开关器件是利用高电平或者低电平来控制其导通与关断的。
由于开关器件和继电器的线圈相连，当开关器件导通后，有电流通过线圈，而开关器件关断后，没有电流通过线圈，由此可以控制继电器触点的动作，利用继电器的触点动作，控制次要负载与不间断电源之间的通断。
图2是本发明实施例一提供的用于延长主要负载工作时间的二次下电装置电路示意图。如图2所示：
电阻R1和电位器W1构成了电压阈值提供电路，电阻R1和电位器W1作为分压电阻，相串联后接入12V直流电源，对12V分压，把电阻R1与电位器W1相连接处的电压作为基准电压VREF。通过调节电位器可以改变基准电压VREF的大小，根据实际情况对基准电压进行设置。
电阻R5、电阻R6、电阻R7、电阻R8和电位器W3构成取样电路，也是通过分压的原理，对不间断电源的电压取样。电容C1连接在电源与地之间，起到滤波的作用，防止电池电压瞬间波动。
比较器U1A和二极管D1、电阻R4、电位器W2构成电压比较电路。优选的，比较器采用普通技术人员均熟知的芯片LM339。把基准电压VREF输入比较器U1A的正相输入端，对不间断电源的取样电压输入比较器U1A的负相输入端。比较器U1A采用12V单电源供电，使得取样电压大于基准电压时，比较器U1A的输出为低电平；取样电压小于基准电压时，比较器U1A的输出为高电平。
其中，电位器W2与电阻R4串联，一端连接比较器U1A的输出端，另一端连接二极管D1的正极，二极管D1的负极连接比较器U1A的正相输入端，构成回差电压控制反馈。这是为了避免当电压在预设电压值的周围波动变化时，开关不停的变化而导致对控制设备的损害。具体来说，设初始设置的基准电压为VREF，且初始时刻取样电压大于基准电压，这时比较器U1A的输出为低电平，由于二极管D1正极电压不大于负极电压，所以二极管D1处于截止状态，比较器U1A的正相输入端所接入的电压为VREF。当取样电压逐渐降低至小于基准电压时，比较器U1A输出高电平，二极管D1导通，这时W1上的电流增加，因此接入比较器U1A的正相输入端的电压升高，大于初始的VREF，我们用来VREF’来表示。当取样电压再次升高，这时，取样电压必须达到高于基准电压VREF的电压，即达到VREF’时，输出才变为低电平，而这时由于二极管D1又变为了截止状态，比较器U1A的正相输入端的电压又变回初始设置VREF。这样，取样电压降压时，要降到VREF才能产生控制动作，而升压时，取样电压要升到高于VREF的VREF’，才能产生控制动作，因此避免了由于取样电压在预设电压值的周围波动变化时，开关不停的变化而导致对控制设备的损害。
在电压比较电路后面加入了一个迟滞比较器U1B，作为隔离器件，起到隔离的作用。通过迟滞比较器U1B后，信号的高低电平没有发生变化。
最后，三极管Q1与继电器RLY1组成了控制电路，三极管Q1的基极输入控制信号，发射极接地，集电极与继电器RLY1线圈的一端相连，继电器RLY1线圈的另一端接一个直流电源的正极。继电器RLY1的开关部分一端连接不间断电源，另一端连接次要负载。高电平的控制信号能使三极管Q1导通，继电器RLY1的线圈中就有电流通过，从而断开了不间断电源与次要负载之间的连接；低电平的控制信号能使三极管Q1截止，继电器RLY1的线圈中就没有电流通过，从而接通了不间断电源与次要负载之间的连接。
本实施例提供的电路原理概括为：当不间断电源正常时，取样电压大于预设的基准电压，比较器输出的控制信号为低电平，低电平的控制信号使三极管处于截止状态，继电器线圈中没有电流通过，不间断电源与次要负载之间为连接状态；
当市电出现故障，不间断电源电压下降时，取样电压也随之减小，降至小于预设的基准电压时，比较器输出的控制信号为高电平，高电平的控制信号使三极管处于导通状态，继电器线圈中有电流通过，不间断电源与次要负载之间的连接断开；同时，由于采用了回差电压反馈，基准电压升高；
当市电恢复正常，不间断电源电压上升时，取样电压也随之上升，取样电压要大于升高后的基准电压，比较器再次输出低电平的控制信号，低电平的控制信号使三极管处于截止状态，继电器线圈中没有电流通过，不间断电源恢复与次要负载的连接。
实施例二
图3是本发明实施例二提供的在使用三相电或者负载较大时，用于延长主要负载工作时间的二次下电装置电路示意图。如图3所示，当使用三相电或者负载较大时，可用继电器控制交流接触器来实现次要负载的二次下电。具体的，由于本实施例电路的前部分和实施例一相同，所以相同的部分不再赘述。
本实施例最后的控制电路，除了包括第一继电器，还包括第二继电器，第二继电器可控制多个开关，第一继电器的开关部分一端连接一个直流电源的正极，另一端连接第二继电器的线圈的一端，第二继电器线圈的另一端接三相电的零线；如图3所示，在此第二继电器控制三个开关，每个开关都分别一端接三相电的火线之一，另一端接负载的输入端。这样可以通过第一继电器控制第二继电器，从而对负载和电源的连接进行控制。
本发明的实施例，将主要负载直接接在不间断电源的输出端，次要负载通过本发明实施例提供的二次下电装置，与不间断电源的输出端相接，解决了不间断电源在电池模式下，延长主要负载工作时间的问题。实现了当市电断电，电池电压降到设定电压时，自动切断对次要负载的供电；市电恢复正常后，自动把断开的次要负载再接入供电。从而延长主要负载的后备时间。
以上仅是针对本发明的优选实施例及其技术原理所做的说明，而并非对本发明的技术内容所进行的限制，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明所公开的技术范围内，所容易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围内。
Claims (10)
1.一种用于延长主要负载工作时间的二次下电装置，包括：
电压取样模块，与不间断电源相连接，用于对所述不间断电源的电压取样，提供取样电压；
电压阈值提供模块，用于提供预设电压，该预设电压作为是否对次要负载供电的阈值电压；
控制信号产生模块，分别与所述电压取样模块和所述电压阈值提供模块相连接，用于产生控制信号；
通断操作模块，与所述控制信号产生模块相连接，用于根据所述控制信号产生模块所提供的控制信号来控制所述次要负载与所述不间断电源的通断。
2.根据权利要求1所述的用于延长主要负载工作时间的二次下电装置，其特征在于，所述控制信号产生模块进一步包括电压比较电路模块和隔离电路模块：
所述电压比较电路模块包括第一输入端、第二输入端和输出端，其中第一输入端与所述电压阈值提供模块相连；第二输入端与电压取样模块相连；所述电压比较电路模块用于比较所述取样电压和所述预设电压的大小，输出比较的结果作为控制信号；
所述隔离电路模块包括输入端和输出端，输入端与所述电压比较电路模块的输出端相连，输出端与所述通断操作模块相连，其中所述隔离电路模块用于隔离所述控制信号产生模块和通断操作模块。
3.根据权利要求2所述的用于延长主要负载工作时间的二次下电装置，其特征在于，在所述电压比较电路模块的第一输入端和输出端之间串联接入了电阻和二极管，组成回差控制反馈电路。
4.根据权利要求2所述的用于延长主要负载工作时间的二次下电装置，其特征在于，所述隔离电路采用了迟滞比较器。
5.根据权利要求1所述的用于延长主要负载工作时间的二次下电装置，其特征在于，所述通断操作模块包括：
开关器件，与所述控制信号产生模块相连接从而接收所述控制信号；
继电器，连接到所述开关器件；
其中所述开关器件根据所述控制信号而导通或断开，从而对继电器触点进行控制以便引起次要负载与不间断电源之间的导通或断开。
6.根据权利要求5所述的用于延长主要负载工作时间的二次下电装置，其特征在于，所述开关器件是晶体管。
7.一种用于延长重要负载工作时间的二次下电方法，包括：
提供预设电压，作为是否对次要负载供电的阈值电压；
对不间断电源的电压取样，得到取样电压；
比较所述取样电压和所述预设电压的大小，将比较结果作为控制信号；以及
根据所述控制信号而引起次要负载与不间断电源之间的导通或断开。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述控制信号包括高电平、低电平两种状态。
9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，在比较所述取样电压和所述预设电压的大小时，采用了回差反馈的方法。
10.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述“根据所述控制信号而引起次要负载与不间断电源之间的导通或断开”进一步包括根据所述控制信号而导通或断开开关器件，从而对与开关器件相连的继电器触点进行通断控制以便引起次要负载与不间断电源之间的导通或断开。
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