CN206698005U - 双输入双启动输出稳压型不间断开关电源 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供的一种双输入双启动输出稳压型不间断开关电源，在现有的开关电源的基础上，并联了一个开关电路，对开关电源电路进行实时检测，同时在备用电池与转换电路之间设置有一个备电启动电路，当市电正常供电的时候，开关电源正常输出，同时给电池充电，当市电断电的时候，通过选择备电启动电路上的选择开关，选择使用电池输入，再通过切换电路，将转换电路打开，电池通过转换电路进行放电，从而继续从输出端口输出电压，达到不间断供电的目的，本实用新型的电路结构可以替换串联在市电中的UPS，替代设备内部的开关电源，这样，设备供电回路中只有一级能量转换，提高整体供电效率，且能在备电电压上升或者下降时始终维持输出电压的稳定。

Description

双输入双启动输出稳压型不间断开关电源

技术领域

本实用新型涉及一种开关电源领域，尤其涉及一种以开关电源并联的形式实现对输出的不间断供电的同时，可独立由双输入中的任意一路启动电源进行工作的稳压开关电源。

背景技术

目前，对于需要不间断供电的设备，基本都采用传统UPS(（UninterruptiblePower System/Uninterruptible Power Supply）)进行设备的供电保障。市电接入到UPS的输入端，经UPS稳压后输出，再连接到设备的交流输入端进行供电。市电正常时，通过这个串联网络维持设备的工作；在市电断电的情况下，由UPS将后备能源（一般为蓄电池）逆变为交流电输出到设备的交流输入端，以保证设备在没有交流电的情况下也能正常工作。

由于UPS与市电、设备内部的开关电源之间是串联连接的关系，因此，在市电没有断电的情况下，如果UPS故障，也将导致设备供电中断；在市电断电后由后备电池支持工作时，UPS需要将后备电池的直流电逆变成交流电再供电给后级的设备开关电源，转换效率低；在铁路（DC110V输入）、车载（DC12V）、航空（DC28V）系统的应用中,UPS更因其输入范围与体积、能效的限制无法使用。现有技术中，有采用到一种不间断开关电源的双输入结构，不间断开关电源的双输入，分为主电输入和备电输入，目前的不间断开关电源，都只支持主电输入情况下启动，启动后对备电进行充电，当主电断电时，自动转换为备电工作，从而实现了对终端负载的不间断供电。但在一些户外应用、移动测试、新建项目无市电调试设备等情况下，需要不间断电源能支持备电独立启动以满足使用要求。已有的支持备电独立启动的电源，是将备电电压通过机械触点或者电子开关直接切换到输出端，其输出电压会随备电电压波动而波动，在一些设备分散距离较远、线路阻抗大的应用场景，当备电电压下降时，现有的将备电电压通过机械触点或者电子开关直接切换到输出端的方式由于线路阻抗产生压降，到用电设备的末端时电压已经不能满足设备正常工作所需要的电压，导致备电能源不能充分利用；对供电精度要求高的设备，备电电压波动将导致设备无法工作甚至直接损坏设备。

实用新型内容

针对上述技术中存在的不足之处，本实用新型提供一种双输入双启动输出稳压型不间断开关电源，不采用传统的UPS，直接在原有的开关控制电源上并联一个备用电源，实现不间断电源供电。

为了实现上述功能，本实用新型公开一种双输入双启动输出稳压型不间断开关电源，包括电源管理电路、转换电路、检测电路、充电管理电路和备电启动电路，市电与电源管理电路连接，所述电源管理电路直接连接输出接口，同时，电源管理电路与检测电路电连接，检测电路通过切换电路与转换电路电连接，转换电路与输出接口连接，所述充电管理电路一端连接电源管理电路，另一端连接电池，电池与转换电路电连接，同时，控制电池备电启动电路的输入端连接电池，输出端连接转换电路。

其中，所述电池经过浪涌保护电路后与直流启动芯片连接，直流启动芯片与开关与转换电路上的开关电源启动芯片电连接。

其中，电源管理电路包括防雷保护电路、EMI抑制电路、输入整流电路、主变换电路以及输出同步整流电路，所述市电直接连接防雷保护电路后，经过EMI抑制电路，再经过输入整流电路后与主变换电路连接，之后再经过输出同步整流电路与输出接口连接。

其中，所述检测电路与输入整流电路的输出端连接，并与切换电路的输入端连接，切换电路的输出端连接转换电路，转换电路的输出端与输出接口连接，充电管理电路的输入端与主变换电路的输出端连接，充电管理电路的输出端与电池的输入端连接，电池的输出端与转换电路的输入端电连接。

其中，所述市电检测电路为由一个光电耦合器及其外围电路组成，光电耦合器的阴极和阳极端与输入整流电路输出端连接，光电耦合器的发射极和集电极通过一个三极管和MOS管及其外围电路后与切换电路输入端连接。

其中，所述切换电路包括一个三极管和一个MOS管，MOS管与转换电路连接。

本实用新型的有益效果是：与现有技术相比，本实用新型提供的一种双输入双启动输出稳压型不间断开关电源，在现有的开关电源的基础上，并联了一个开关电路，对开关电源电路输入进行实时检测，同时在备用电池与转换电路之间设置有一个备电启动电路，当市电正常供电的时候，开关电源正常输出，同时给电池充电，当市电断电的时候，通过选择备电启动电路上的选择开关，选择使用电池输入，再通过切换电路，将转换电路打开，电池通过转换电路进行放电，从而继续从输出端口输出电压，达到不间断供电的目的，本实用新型的电路结构可以直接输出设备所需的直流电压，同时具备充电管理功能，替换串联在市电中的UPS，替代设备内部的开关电源，这样，设备供电回路中只有一级能量转换，提高整体供电效率和可靠性，减小体积，重量，且能适应不同应用领域的输入电压，能在备电电压上升或者下降时始终维持输出电压的稳定。

附图说明

图1为本实用新型实施例的整体电路结构框图；

图2为本实用新型实施例的备电启动电路原理图；

图3为本实用新型实施例的具体电路方框图；

图4为本实用新型实施例的整体电路原理图；

图5为本实用新型实施例电源管理电路原理图；

图6为本实用新型实施例主变换电路图；

图7为本实用新型实施例检测电路原理图；

图8为本实用新型实施例充电管理电路原理图。

主要元件符号说明如下：

1、电源管理电路 2、转换电路

3、检测电路 4、充电管理电路

5、输出接口 6、切换电路

7、电池 8、备电启动电路

11、防雷保护电路

12、EMI抑制电路 13、输入整流电路

14主变换电路 15、输出同步整流电路。

具体实施方式

为了更清楚地表述本实用新型，下面结合附图对本实用新型作进一步地描述。

请参阅图1，本实用新型公开一种双输入双启动输出稳压型不间断开关电源，包括电源管理电路1、转换电路2、检测电路、充电管理电路4和备电启动电路8，市电与电源管理电路1连接，电源管理电路1直接连接输出接口5，同时，电源管理电路1与检测电路3电连接，检测电路3通过切换电路6与转换电路2电连接，转换电路2与输出接口5连接，充电管理电路4一端连接电源管理1电路，另一端连接电池7，电池7与转换电路2电连接。同时，控制电池7工作的备电启动电路8的输入端连接电池7，输出端连接转换电路2。

请参阅图2，为本实用新型的备电启动电路的原理图，在本实施例中，设置的备电启动电路包括开关SW1、开关SW2及其外围电路，开关SW2为备电启动电路的总开关，当无需电池7实现不间断供电的时候，关闭开关SW2,这样，电池7始终不工作，当SW2启动导通的时候，电池7与开关SW1接通，在本实施例中，开关SW1采用了型号为SS23D08的拨动开关，其中，拨动开关SW1的第三引脚与转换电路2的输出端连接，而第五引脚与开关SW2连接，而拨动开关SW1的第七引脚通过电阻R24、电阻R22、稳压二极管ZD6、三极管Q2以及相关外围电路构成稳压电路后与开关启动芯片U3的VCC端电连接，在本实施例中开关启动芯片U3及其外围电路构成了直流/直流的转换电路2，当开关SW2接通的情况下，当开关SW2选择关闭状态时，即接通3引脚的时候，电池7不工作，即使在断电情况下，电池7也不能自动进行供电，而当开关SW1启动的时候，即接通5引脚，此时电池7导通，电池7通过开关SW1的第五引脚与第七引脚接通，此时，选择电池7进行供电，此时电池7通过开关SW1以及由三极管Q2、稳压二极管ZD6构成的稳压电路后与开关电源启动芯片U3接通，通过开关电源启动芯片U3和外围电路，以及三极管Q10、电感L5的稳压控制下，避免电池7的波动导致的电压不稳。在本实施例中，电池7上还设置有避免过充电的熔断器F3和浪涌保护电路ZD8。

与现有技术相比，本实用新型在现有的开关电源的基础上，并联了一个开关电路，对开关电源电路进行实时检测，在并联的开关电路的备用电池以及转换电路之间，还设置一个备电启动电路，可以对备用电池进行选择使用，当确保了市电正常的时候，可以不接通电池，避免电池一直处于充电或工作状态导致的寿命减少的情况。当选择使用电池时，市电正常供电的时候，开关电源正常输出，同时给电池充电，当市电断电的时候，通过切换电路，将转换电路打开，电池通过转换电路进行稳定地放电，从而继续从输出端口输出电压，达到不间断供电的目的，在转换电路上设置有稳压电路，使电池备电工作状态下，出现电压上升或下降的时候，最后通过输出接口输出的电压也能够维持稳定状态，不随电压的波动而波动。本实用新型的电路结构可以直接输出设备所需的直流电压，同时具备充电管理功能，替换串联在市电中的UPS，替代设备内部的开关电源，这样，设备供电回路中只有一级能量转换，提高整体供电效率和可靠性，减小体积，重量，且能适应不同应用领域的输入电压，能在备电电压上升或者下降时始终维持输出电压的稳定。

请结合图3图4和图5，在本实施例中，电源管理电路1包括防雷保护电路11、EMI抑制电路12、输入整流电路13、主变换电路14以及输出同步整流电路15，具体的电路连接图请参阅图3，在本实施例中，防雷保护电路11包括气体放电管GDT1、第一压敏电阻ZNR1、第二压敏电阻ZNR2,第三压敏电阻ZNR3，熔断器F1,第一电容CY1、第二电容CY2以及电阻R1和电阻R110组成，防雷保护电路11直接与市电接通，其输出端与EMI抑制电路12组成，在本实施例中，EMI抑制电路12包括第一励磁线圈LF1、第二励磁线圈LF2、电容CX1、电容CX2、电阻R126和电阻R127,输入的市电经过EMI抑制电路12的防电磁干扰后，再通过由电桥BR1、电感L3以及电容C3和C4组成的输入整流电路13，将交流转变成脉动的直流。现有技术中的开关电源电路，会直接在后面加校正、变换与整流电路后连接输出接口，但是在本实施例中，输入整流电路13同时连接一个检测电路3以及主变换电路14，使之形成一个输入电压检测电路结构。

请结合图4和图6在本实施例中，主变换电路14采用了日本新电元的MCZ5205型号的芯片作为电源管理芯片U1，还包括MOS管Q1、主功率变压器T2、MOS管Q12、MOS管Q15、电容C37、主功率变压器T1、MOS管Q6和MOS管Q7，在本实施例中，电源管理芯片U1集成功率因数校正及主功率变换控制，其外围电路及MOS管Q1和PFC电感T2、快恢复二极管D4、采样电阻R5，电阻R56、BULK电容EC2构成功率因数校正回路，功率因数校正回路的输出通过EC2的正极连接到由MOS管Q12、MOS管Q15和电容C37与主功率变压器T1构成的的主功率变换回路，主功率变压器T1连接到MOS管Q6、MOS管Q7 与U8和U9后构成的同步整流电路15，在本实施例中，U8和U9采用TEA1791芯片，同时，同步整流后的电压通过电解电容EC4、电解电容EC5以及第三磁线圈LF3滤波，以及瞬态抑制二极管ZD9和ZD35保护后连接到输出接口5，输出27.5V的工作电压。

在本实施例中，上述的结构是市电正常工作的情况下，市电通过第一路的开关电源输出的电压，而本实用新型在上述的电路基础上，还增加了一个外接电池7，以及对应的管理电池7的充电管理电路4，以及运用该备用电池7进行供电的检测电路3、切换电路6以及转换电路2。

在本实施例中，请结合图4和图7，市电检测电路3与输入整流电路13的输出端连接，市电检测电路3为由一个型号为PC817的光电耦合器U14及其外围电路构成，而光电耦合器U14包括阴极和阳极端U14A，以及发射极和集电极端U14B，光电耦合器U14的阴极和阳极端U14A与输入整流电路13的输出端连接，光电耦合器U14的发射极和集电极端U14B通过一个三极管Q26和MOS管Q13及其外围电路后与充电管理电路4的输入端连接。

在本实施例中，切换电路6包括三极管Q18、稳压二极管ZD4后与MOS管Q17及其各自的外围电路，三极管Q18的基极通过电阻R59以及稳压二极管ZD3后与备电启动电路8上的三极管Q2的发射极连接，并同时连通开关启动芯片U3的VCC端，在市电启动电路8的开关选择控制下切换电路执行备用电池7的切换工作。

在本实施例中，请结合图4和图8，充电管理电路2采用了型号为LN338T的芯片U13及其外围电路，芯片U13的输入端VIN连接主功率变压器T1的第八引脚，输出端VO脚通过并联的电阻R23和电阻R68以及二极管D21后与电池7连接，同时，芯片U13的调节端ADJ引脚通过三极管Q32和Q30及其外围电路后与MOS管Q13上的漏极连接，并接通ACOK信号，由ACOK信号控制电池7的充放电。

本使用新型主要由开关型输入-输出电源管理电路1和开关型直流-直流转换电路2两个独立的电源管理单元组成，市电进入电源后（以市电输入为例，其它输入电压原理相同），经开关型输入-输出的电源管理电路1，输出接口5输出所需的直流电压，并对备用电池7进行充电管理，直流-直流的转换电路2处于待机状态，不参与输出供电回路，但是会在充电管理电路4的控制下进行充电。当检测电路3检测到市电断电时，在电源内部BULK电容维持输出电压的时间内，立即切换直流-直流的转换电路2到供电回路当中，继续为负载提供稳定的输出电压；当检测电路3检测到市电恢复且电源由市电供电工作正常时，切换直流-直流的转换电路2待机状态，且继续对备用电池7进行充电。在市电、电池切换的任意时间，都能维持输出电压的稳定。在此基础上，本实用新型在转换电路2以及切换电路6上都连接备电启动电路8，在仅有备电输入的情况下，接通备电启动电路8上的开关SW1和SW2，电池即可在断电的时候启动工作，如果市电恢复，则自动切换为市电工作。当开关SW1关闭或者开关SW2中有一个关闭的时候，即使在断电的时候，电池7也不工作。在本实施例中，由于设置有转换电路2以及由MOS管Q10和电感L5组成的稳压电路，在电池支持工作期间，输出电压始终保持稳定；在市电、备电切换的任意时间，都能维持输出电压的稳定。

本实用新型的优势在于：

1）结构简单，容易实现，在现有的开关电源的基础上，并联了一个开关电路，对开关电源电路进行实时检测，当市电正常供电的时候，开关电源正常输出，同时给电池充电，当市电断电的时候，通过切换电路，将转换电路打开，电池通过转换电路进行放电，从而继续从输出端口输出电压，达到不间断供电的目的；

2）设置有一个备电启动电路，通过备电启动电路上的开关进行电池的接通与断开，从而避免了在确保了市电会正常供应的时候也接通电池，导致电池不停充电或接入到市电中，浪费市电，以及减少电池的使用寿命的现象，使电池使用时间更长；

3）由于设置有转换电路以及由MOS管Q10和电感L5组成的稳压电路，在电池支持工作期间，输出电压始终保持稳定；在市电、备电切换的任意时间，都能维持输出电压的稳定；

3）本实用新型的电路结构可以直接输出设备所需的直流电压，同时具备充电管理功能，替换串联在市电中的UPS，替代设备内部的开关电源，这样，设备供电回路中只有一级能量转换，提高整体供电效率和可靠性，减小体积，重量；

4）适用性强，本结构能适应不同应用领域的输入电压，能在备电电压上升或者下降时始终维持输出电压的稳定，本实用新型的结构能在任意拓扑结构的电源线路中使用。

以上公开的仅为本实用新型的几个具体实施例，但是本实用新型并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化都应落入本实用新型的保护范围。

Claims (6)

1.一种双输入双启动输出稳压型不间断开关电源，其特征在于，包括电源管理电路、转换电路、检测电路、充电管理电路和备电启动电路，市电与电源管理电路连接，所述电源管理电路直接连接输出接口，同时，电源管理电路与检测电路电连接，检测电路通过切换电路与转换电路电连接，转换电路与输出接口连接，所述充电管理电路一端连接电源管理电路，另一端连接电池，电池与转换电路电连接，同时，控制电池工作的备电启动电路的输入端连接电池，输出端连接转换电路。

2.根据权利要求1所述的双输入双启动输出稳压型不间断开关电源，其特征在于，所述电池经过浪涌保护电路后与拨动开关连接，拨动开关与转换电路上的开关电源启动芯片电连接。

3.根据权利要求1所述双输入双启动输出稳压型不间断开关电源，其特征在于，电源管理电路包括防雷保护电路、EMI抑制电路、输入整流电路、主变换电路以及输出同步整流电路，所述市电直接连接防雷保护电路后，经过EMI抑制电路，再经过输入整流电路后与主变换电路连接，之后再经过输出同步整流电路与输出接口连接。

4.根据权利要求3所述的双输入双启动输出稳压型不间断开关电源，其特征在于，所述检测电路与输入整流电路的输出端连接，并与切换电路的输入端连接，切换电路的输出端连接转换电路，转换电路的输出端与输出接口连接，充电管理电路的输入端与主变换电路的输出端连接，充电管理电路的输出端与电池的输入端连接，电池的输出端与转换电路的输入端电连接。

5.根据权利要求4所述的双输入双启动输出稳压型不间断开关电源，其特征在于，所述市电检测电路为由一个光电耦合器及其外围电路组成，光电耦合器的阴极和阳极端与输入整流电路输出端连接，光电耦合器的发射极和集电极通过一个三极管和MOS管及其外围电路后与切换电路输入端连接。

6.根据权利要求5所述的双输入双启动输出稳压型不间断开关电源，其特征在于，所述切换电路包括一个三极管和一个MOS管，MOS管与转换电路连接。