CN1319244C - 在线互动式不间断电源的充电电路 - Google Patents

Abstract

一种在线互动式不间断电源的充电电路，包含：一输出端，电连接一主电源以提供一交流输出电压；一变压器，其二次侧电连接输出端；一电能储存供应装置，提供一直流电；一逆变器，其输出端电连接变压器的一次侧，其输入端连接电能储存供应装置，且逆变器是由四个栅极控制切换开关元件组成一个桥式开关元件，栅极控制切换开关元件分别具有一反向并联二极管；一第一二极管，其正极端连接桥式开关元件的一输出端；一第二二极管，其正端连接桥式开关元件的另一输出端；一充电开关元件，其第一导电端电连接第一二极管与第二二极管的一共阴极端，其第二导电端连接电能储存供应装置的负极，利用充电开关元件的导通与截止对电能储存供应装置进行充电。

Description

在线互动式不间断电源的充电电路

(1)技术领域

本发明有关一种不间断电源的充电电路，尤指一种在线互动式不间断电源的充电电路。

(2)背景技术

对在线式不断电供电系统(UPS)来说，一般有三种工作模式：在线模式、备用电力模式和旁路模式。备用电力供电模式时由电瓶通过一逆变器向负载供电。通常由逆变器将电瓶电压转换输出一交流电压。请参阅图1，是习知在线互动式不间断电源的充电电路。当正常工作下(在线模式)，一继电器101或是一开关电导通，由一主电源102，例如市电直接经由导线103，104提供一交流输出电压至一负载(未显示于图上)。在该主电源102异常时，当一控制器检测到一交流线电压输出异常时，该继电器101或是该开关截止导通，而改由一电瓶105经由一逆变器106将该电瓶105的直流电压切换输出一交流电压。该交流电压再经由一变压器107转换出该交流输出电压。

在正常工作模式时，在线式不断电供电系统(UPS)直接由主电源102输出该交流输出电压，同时该主电源102经由变压器107以及逆变器106对电瓶充电。该在线式不断电供电系统(UPS)是利用变压器107的漏电感108组成一个升压型转换器(Boost Converter)为电瓶充电。其详细动作原理请参照美国专利第5,302,858号。

然而，在此线路中必须控制两个开关元件Q3以及Q4导通，使变压器107在一特定期间短路，对变压器107的漏电感进行充电。当开关元件Q3以及Q4截止导通时，漏电感产生电流维持电流连续，经由反向并联二极管对该电瓶105充电。因此在习知技术需要利用复杂线路才能实现电流控制的目的。

(3)发明内容

本发明的第一目的在于提供一种在线互动式不间断电源的充电电路，利用单一控制开关即可实现不间断电源的充电电路对电瓶进行充电。

本发明的第二目的在于提供一种在线互动式不间断电源的充电电路，利用单一控制开关即可将不间断电源的充电电路路径与其逆变器路径分开，并使用一限流电阻即可达到电流控制的目的。

根据本发明的第一构想提供一种备用电力系统的充电电路，包含：一输出端、一变压器、一电能储存供应装置、一逆变器、一第一二极管、一第二二极管以及一充电开关元件。该输出端电连接一主电源，用以提供一交流输出电压。该变压器，其二次侧电连接该输出端。该电能储存供应装置，用以提供一直流电。该逆变器，其输出端电连接该变压器的一次侧，该逆变器的输入端连接该电能储存供应装置，且该逆变器是由四个栅极控制切换开关元件组成一个桥式开关元件，该栅极控制切换开关元件分别具有一反向并联二极管。该第一二极管，其正极端连接该桥式开关元件的的一输出端。该第二二极管，其正端连接该桥式开关元件的的另一输出端。以及，该充电开关元件，其第一导电端电连接该第一二极管与该第二二极管的一共阴极端，其第二导电端连接该电能储存供应装置的负极，利用该充电开关元件的导通与截止对该电能储存供应装置进行充电。

根据上述的构想，其中该电能储存供应装置是为一电瓶。

根据上述的构想，其中该栅极控制切换开关元件是为一功率金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)，且该反向并联二极管是为该功率MOSFET的寄生反向并联二极管。

根据上述的构想，其中该备用电力系统的充电电路还包含一固定开关，连接于该主电源与该输出端之间，根据一控制信号决定电连接导通该主电源与该输出端或是截止导通该主电源与该输出端。

根据上述的构想，其中该备用电力系统是为一在线互动式不间断电源。

根据上述的构想，其中该备用电力系统还包含一限流电阻，串联连接该充电开关元件。

根据本发明的第二构想提供一种备用电力系统的充电电路，包含：一输出端、一变压器、一电能储存供应装置、一逆变器、一桥式整流器以及一充电开关元件。其中，该输出端电连接一主电源，用以提供一交流输出电压。该变压器，其二次侧电连接该输出端。该电能储存供应装置，用以提供一直流电。该逆变器，其输出端电连接该变压器的一次侧，该逆变器的输入端连接该电能储存供应装置，且该逆变器是由四个栅极控制切换开关元件组成一个桥式开关元件，该栅极控制切换开关元件分别具有一反向并联二极管。该桥式整流器，其输入端并联连接该逆变器的该输出端。以及，该充电开关元件，并联连接该桥式整流器的输出端，利用该充电开关元件的导通与截止对该电能储存供应装置进行充电。

根据上述的构想，其中该电能储存供应装置是为一电瓶。

根据上述的构想，其中该栅极控制切换开关元件是为一功率MOSFET，且该反向并联二极管是为该功率MOSFET的寄生反向并联二极管。

根据上述的构想，其中该备用电力系统的充电电路还包含一固定开关，连接于该主电源与该输出端之间，根据一控制信号决定电连接导通该主电源与该输出端或是截止导通该主电源与该输出端。

根据上述的构想，其中该备用电力系统是为一在线互动式不间断电源。

根据上述的构想，其中该备用电力系统还包含一限流电阻，串联连接该充电开关元件。

为更清楚理解本发明的目的、特点和优点，下面将结合附图对本发明的较佳实施例进行详细说明。

(4)附图说明

图1是习知在线互动式不间断电源的充电电路示意图。

图2是本发明第一较佳实施例的在线互动式不间断电源的充电电路示意图。

图3是本发明第二较佳实施例的在线互动式不间断电源的充电电路示意图。

(5)具体实施方式

请参阅图2是本发明第一较佳实施例的在线互动式不间断电源的充电电路示意图。如图2所示，一种在线互动式不间断电源的充电电路，包含：一输出端203，204、一变压器207、一电瓶205、一逆变器206、一第一二极管D5、一第二二极管D6以及一充电开关元件Q5。该输出端203，204电连接一主电源202，用以提供一交流输出电压。该变压器207，其二次侧电连接该输出端203，204。该电瓶205，用以提供一直流电。该逆变器206，其输出端是电连接该变压器207的一次侧，该逆变器206的输入端连接该电瓶205，且该逆变器206是由四个栅极控制切换开关元件Q1，Q2，Q3，Q4组成一个桥式开关元件，该栅极控制切换开关元件Q1，Q2，Q3，Q4分别具有一反向并联二极管D1，D2，D3，D4。该第一二极管D5，其正极端连接该桥式开关元件的的一输出端。该第二二极管D6，其正端是连接该桥式开关元件的的另一输出端。以及，该充电开关元件Q5，其第一导电端电连接该第一二极管D5与该第二二极管D6的一共阴极端，其第二导电端是连接该电瓶205的负极，利用该充电开关元件Q5的导通与截止对该电瓶205进行充电。

其中，该栅极控制切换开关元件可为一功率MOSFET，且该反向并联二极管可为该功率MOSFET的寄生反向并联二极管。该在线互动式不间断电源的充电电路还包含一固定开关201，连接于该主电源202与该输出端203之间，根据一控制信号决定电连接导通该主电源202与该输出端203或截止导通该主电源202与该输出端203。

另外，该在线互动式不间断电源的充电电路还包含一限流电阻R1，串联连接该充电开关元件Q5。

该在线互动式不间断电源正常市电供电情况下，该充电电路其工作原理如下：

当该充电开关元件Q5导通时，该主电源202正半周输出时，该第一二极管D5与该反向并联二极管D3导通，使变压器207在一特定期间短路，对变压器207的漏电感208进行充电。当该充电开关元件Q5截止导通时，漏电感产生电流维持电流连续，经由反向并联二极管D2，D3对该电瓶205充电。

当该充电开关元件Q5导通时，该主电源202负半周输出时，该第二二极管D6与该反向并联二极管D4导通，使变压器207在一特定期间短路，对变压器207的漏电感208进行充电。当该充电开关元件Q5截止导通时，漏电感产生电流维持电流连续，经由反向并联二极管D1，D4对该电瓶205充电。

在本较佳实施例中，可轻易设计该限流电阻R1的大小用以限制充电电流的大小。

请参阅图3，它是本发明第二较佳实施例的在线互动式不间断电源的充电电路示意图。如图3所示，一种在线互动式不间断电源的充电电路，包含：一输出端303，304、一变压器307、一电瓶305、一逆变器306、一桥式整流器309以及一充电开关元件Q5。其中，该输出端303，304电连接一主电源302，用以提供一交流输出电压。该变压器307，其二次侧电连接该输出端303，304。该电瓶305是用以提供一直流电。该逆变器306，其输出端电连接该变压器307的一次侧，该逆变器306的输入端连接该电瓶305，且该逆变器306是由四个栅极控制切换开关元件Q1，Q2，Q3，Q4组成一个桥式开关元件，该栅极控制切换开关元件Q1，Q2，Q3，Q4分别具有一反向并联二极管D1，D2，D3，D4。该桥式整流器309，其输入端并联连接该逆变器306的该输出端。以及，该充电开关元件Q5，是并联连接该桥式整流器的输出端，利用该充电开关元件Q5的导通与截止对该电瓶305进行充电。其中该栅极控制切换开关元件Q1，Q2，Q3，Q4可为功率MOSFET，且该反向并联二极管D1，D2，D3，D4可为该功率MOSFET的寄生反向并联二极管。该在线互动式不间断电源的充电电路还包含一固定开关301，连接于该主电源302与该输出端303之间，根据一控制信号决定电连接导通该主电源302与该输出端303或是截止导通该主电源302与该输出端303。

该在线互动式不间断电源正常市电供电情况下，该充电电路其工作原理如下：

当该充电开关元件Q5导通时，该主电源302正半周输出时，该桥式整流器309的二极管D7与二极管D8导通，使变压器307在一特定期间短路，对变压器307的漏电感308进行充电。当该充电开关元件Q5截止导通时，漏电感产生电流维持电流连续，经由反向并联二极管D2，D3对该电瓶305充电。

当该充电开关元件Q5导通时，该主电源302负半周输出时，该桥式整流器309的二极管D6与二极管D9导通，使变压器307在一特定期间短路，对变压器307的漏电感308进行充电。当该充电开关元件Q5截止导通时，漏电感产生电流维持电流连续，经由反向并联二极管D1，D4对该电瓶305充电。

在本较佳实施例中，利用一限流电阻R1，串联连接该充电开关元件Q5，藉由设计该限流电阻R1的大小，可轻易限制充电电流的大小。

综合上述，本发明提出了一种在线互动式不间断电源的充电电路，利用单一控制开关即可实现不间断电源的充电电路对电瓶进行充电。在本发明的在线互动式不间断电源的充电电路中，利用单一控制开关即可将不间断电源的充电电路路径与其逆变器路径分开，并使用一限流电阻即可达到电流控制的目的。

Claims (12)

1.一种备用电力系统的充电电路，其特征在于，包含：

一输出端，电连接一主电源，用以提供交流输出电压；

一变压器，其二次侧电连接该输出端；

一电能储存供应装置，用以提供直流电；

一逆变器，其输出端电连接该变压器的一次侧，该逆变器的输入端连接该电能储存供应装置，且该逆变器是由四个栅极控制切换开关元件组成一个桥式开关元件，该栅极控制切换开关元件分别具有一反向并联二极管；

一第一二极管，其正极端连接该桥式开关元件的的一输出端；

一第二二极管，其正端连接该桥式开关元件的另一输出端；以及

一充电开关元件，其第一导电端电连接该第一二极管与该第二二极管的一共阴极端，其第二导电端连接该电能储存供应装置的负极，利用该充电开关元件的导通与截止对该电能储存供应装置进行充电。

2.如权利要求1所述的备用电力系统的充电电路，其特征在于，该电能储存供应装置是为一电瓶。

3.如权利要求1所述的备用电力系统的充电电路，其特征在于，该栅极控制切换开关元件是为一功率金属氧化物半导体场效应晶体管，且该反向并联二极管是为该功率金属氧化物半导体场效应晶体管的寄生反向并联二极管。

4.如权利要求1所述的备用电力系统的充电电路，其特征在于，该备用电力系统的充电电路还包含一固定开关，连接于该主电源与该输出端之间，根据一控制信号决定电连接导通该主电源与该输出端或是截止导通该主电源与该输出端。

5.如权利要求1所述的备用电力系统的充电电路，其特征在于，该备用电力系统是为一在线互动式不间断电源。

6.如权利要求1所述的备用电力系统的充电电路，其特征在于，该备用电力系统还包含一限流电阻，串联连接该充电开关元件。

7.一种备用电力系统的充电电路，其特征在于，包含：

一输出端，电连接一主电源，用以提供交流输出电压；

一变压器，其二次侧电连接该输出端；

一电能储存供应装置，用以提供直流电；

一逆变器，其输出端电连接该变压器的一次侧，该逆变器的输入端连接该电能储存供应装置，且该逆变器是由四个栅极控制切换开关元件组成一个桥式开关元件，该栅极控制切换开关元件分别具有一反向并联二极管；

一桥式整流器，其输入端并联连接该逆变器的该输出端；以及

一充电开关元件，并联连接该桥式整流器的输出端，利用该充电开关元件的导通与截止对该电能储存供应装置进行充电。

8.如权利要求7所述的备用电力系统的充电电路，其特征在于，该电能储存供应装置是为一电瓶。

9.如权利要求7所述的备用电力系统的充电电路，其特征在于，该栅极控制切换开关元件是为一功率金属氧化物半导体场效应晶体管，且该反向并联二极管是为该功率金属氧化物半导体场效应晶体管的寄生反向并联二极管。

10.如权利要求7所述的备用电力系统的充电电路，其特征在于，该备用电力系统的充电电路还包含一固定开关，连接于该主电源与该输出端之间，根据一控制信号决定电连接导通该主电源与该输出端或截止导通该主电源与该输出端。

11.如权利要求7所述的备用电力系统的充电电路，其特征在于，该备用电力系统是为一在线互动式不间断电源。

12.如权利要求7所述的备用电力系统的充电电路，其特征在于，该备用电力系统还包含一限流电阻，串联连接该充电开关元件。

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