本发明涉及不间断电源技术领域，尤其涉及一 种后备式不间断电源的无延时 同步切换电路及方法。

背景技术

随着信息处理技术和微电子等精密技术的蓬勃 发展，对供电系统质量和可靠 性的要求也越来越高， 在一些用电质量要求较高的场合， 急需一种电压稳定、 能 同步跟踪电网频率、 高可靠性的交流不间断电源。 不间断电源系统 （UPS , Uninterruptible Power System) 是一种含有储能装置， 以逆变器为主要组成部 分的恒压恒频的不间断电源， 当市电输入正常时， UPS将市电稳压后供应给负载 使用， 此时的 UPS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 中断时， UPS立即将机内电池的电能，通过逆变转换的方 法向负载继续供应 220V 交流电， 使负载维持正常工作并保护负载软、 硬件不受损坏。

从技术上讲， UPS 分为三类： 后备式 （也称为离线式）、 在线式和在线互动 式。后备式正弦波 UPS平时处于蓄电池充电状态， 在停电时逆变器紧急切换到工 作状态，将电池提供的直流电转变为稳定的交 流电输出， 适用于用电质量不高又 要求不能断电的负载， 它由充电器、 逆变器、 蓄电池组、 静态开关等组成。 后备 式不间断电源的切换方式是采用继电器或电子 开关，但通常无法在后备电源和电 网电源间实现无延时的同步切换，会造成电源 提供无法平顺的现象。

发明内容

针对上述存在的问题，本发明的目的是提供一 种后备式不间断电源的无延时 同步切换电路及方法， 以实现在后备电源和电网电源间的无延时同步 切换。

本发明的目的是通过下述技术方案实现的：

一种后备式不间断电源的无延时同步切换电路 ， 应用于备用 AC逆变控制电 路输出与电网电源输出之间的无延时同步切换 ， 其中：

所述备用 AC逆变控制电路的输出通过一输出滤波电感 （T2) 和输出滤波电 容 （C1 ) 输出电压； 所述同步切换电路包括一个电网 AC同步取样电路， 所述电网输出作为所述 电网 AC 同步取样电路的输入， 所述电网 AC 同步取样电路的输出作为所述备用 AC逆变控制电路的输入；

所述电网电源与所述备用 AC逆变控制电路之间设有一开关电路， 所述开关 电路通过一驱动电路进行驱动。

上述无延时同步切换电路， 其中：

所述驱动电路包括一光耦合器，所述光耦合器 的一端通过并联一输入滤波电 容与驱动供电电源连接， 所述光耦合器的供电端连接一 CMOS管组， 所述光耦合 器另一端通过一中间电阻和所述备用 AC逆变控制电路连接， 所述光耦合器还有 一端接地；

所述 CMOS管组跨接在所述备用 AC逆变控制电路与所述电网电源之间。 上述无延时同步切换电路， 其中， 所述 CMOS管组的源极和栅极分别相接。 上述无延时同步切换电路， 其中：

所述电网 AC同步取样电路包括一电压互感器，第一电阻� �� 第二电阻，第一稳 压二极管， 第二稳压二极管， 第一运算放大器和第二运算放大器；

所述电压互感器的初级线圈接收从所述电网电 源输入的电源，所述电压互感 器的次级线圈一端通过所述第一电阻连接所述 第一运算放大器的同相输入端，所 述第一电阻朝向所述第一运算放大器的一端同 时通过所述第一稳压二极管接地； 所述电压互感器的次级线圈另一端通过所述第 二电阻连接所述第二运算放 大器的同相输入端，所述第二电阻朝向所述第 二运算放大器的一端同时通过所述 第二稳压二极管接地；

所述第一运算放大器的反向输入端和输出端连 通，和所述第二运算放大器的 反向输入端和输出端连通。

上述无延时同步切换电路，其中， 所述电压互感器的次级线圈的中心抽头接 地， 所述电压互感器的次级线圈的中心抽头的上端 为同相端， 下端为反向端。

一种如上述任意一项所述无延时同步切换方法 ， 其中， 包括下列步骤： 上电后， 所述备用 AC逆变控制电路两端输出一个完整周期波电压� �� 当电网供电正常时， 所述电网 AC同步取样电路同步输出两个同步信号； 所述备用 AC逆变控制电路收到所述同步信号后，所述备� �� AC逆变控制电路 调整电压输出相位直至所述备用 AC逆变控制电路的输出电压与所述电网 AC同步 取样电路的输出电压同步，所述 CMOS管组导通， 所述备用 AC逆变控制电路关闭 自身电压输出；

当所述电网 AC同步取样电路输出的两个同步信号超出设定� ��范围， 则判断 为电网供电不正常， 所述备用 AC逆变控制电路输出控制信号将 CMOS管组断开， 同时输出与所述电网电源同步的电压。

上述无延时同步切换方法， 其中， 上电后， 所述备用 AC逆变控制电路两端 输出一个完整正弦波电压或方波电压。

与已有技术相比， 本发明的有益效果在于：

实现了如在线式 UPS般的完全不间断供电，提高了工作效率， 使用安全且节 能效果好。

附图说明

图 1是本发明后备式不间断电源的无延时同步切� �电路的结构示意图； 图 2是本发明后备式不间断电源的无延时同步切� �电路中电网 AC同步取样 电路的结构示意图；

图 3a、 图 3b分别是本发明后备式不间断电源的无延时同� ��切换电路中备用

AC逆变控制电路两端的输出波形；

图 3c是图 3a、 图 3b输出波形迭合后形成的完整的正弦波波形。

图 4是本发明后备式不间断电源的无延时同步切� �电路中备用 AC逆变控制 电路输出的方波波形；

图 5a、 图 5b分别是本发明后备式不间断电源的无延时同� ��切换电路中电网

AC同步取样电路两端的输出波形。

具体实施方式

下面结合原理图和具体操作实施例对本发明作 进一步说明。

如图 1所示，本发明后备式不间断电源的无延时同� �切换电路， 应用于备用 AC逆变控制电路输出与电网电源输出之间的无� ��时同步切换电路， 备用 AC逆变 控制电路的输出通过一输出滤波电感 T2和输出滤波电容 C1输出电压。

在本发明实施例中， 无延时同步切换电路包括一个电网 AC同步取样电路， 电网输出作为电网 AC同步取样电路的输入，电网 AC同步取样电路的输出作为备 用 AC逆变控制电路的输入。

电网电源与备用 AC逆变控制电路之间还设有一开关电路， 开关电路通过一 驱动电路进行驱动，开关电路的作用是当电网 出现问题时及时进行与备用电源之 间的切换。

在上述技术方案进一步基础上， 继续参看图 1所示， 驱动电路包括一光耦合 器 01， 光耦合器 01的一端通过并联一输入滤波电容 C2与驱动供电电源连接， 光耦合器 01的供电端连接一 CMOS管组 Ml、 M2， 光耦合器 01另一端通过一中间 电阻 R和备用 AC逆变控制电路连接， 光耦合器 01还有一端接地 GND。

CMOS管组 Ml、 M2跨接在备用 AC逆变控制电路与电网电源之间， CMOS管组 Ml、 M2的源极和栅极分别相接。

请参看图 2所示，电网 AC同步取样电路包括一电压互感器 T1，第一电阻 Rl， 第二电阻 R2，第一稳压二极管 Zl， 第二稳压二极管 Z2， 第一运算放大器 IC1和 第二运算放大器 IC2。 电压互感器 T1 的初级线圈接收从电网电源输入的电源， 电压互感器 T1的次级线圈一端通过第一电阻 R1连接第一运算放大器 IC1的同相 输入端， 第一电阻 R1朝向第一运算放大器 IC1的一端同时通过第一稳压二极管 Z1接地。

电压互感器 T1的次级线圈另一端通过第二电阻 R2连接第二运算放大器 IC2 的同相输入端， 第二电阻 R2朝向第二运算放大器 IC2的一端同时通过第二稳压 二极管 Z2接地 GND。 第一运算放大器 IC1的反向输入端和输出端连通， 和第二 运算放大器 IC2的反向输入端和输出端连通。

在上述技术方案的进一步基础上， 电压互感器 T1的次级线圈的中心抽头接 地， 电压互感器 T1的次级线圈的中心抽头的上端为同相端， 下端为反向端， 以 实现输出对称同步信号。

本发明无延时同步切换方法包括下列步骤：

上电后， 备用 AC逆变控制电路两端输出一个完整周期波电压 VAC, 具体输 出一个完整正弦波电压或方波电压， 两端 VAC1、 VAC2的输出波形分别相对电路 公共端 GND的波形如图 3a和图 3b所示， 其中 n为正整数。 这样 VAC1和 VAC2 二端输出一个完整的正弦波电压 VAC， 其波形如图 3c所示。

在本发明的另一个实施例中， 备用 AC逆变控制电路也可以输出调制方波如 图 4所示， 方波为近似正弦波， 并不影响作为备用电源的使用。

当电网供电正常时， 电网 AC 同步取样电路同步输出两个同步信号 TC1 和 TC2 , 请继续参看图 1和图 2所示， VACL1〉VACL2时输出 TC1， VACL2 >VACL1时 输出 TC2， TCI和 TC2的输出波形请参看图 5a和图 5b所示， 其中 m为正整数。

备用 AC逆变控制电路收到同步信号 TC1和 TC2后，备用 AC逆变控制电路调 整电压输出相位直至备用 AC逆变控制电路的输出电压与电网 AC同步取样电路的 输出电压同步， CMOS管组 Ml、 M2导通， 备用 AC逆变控制电路关闭自身电压输 出。具体来说，逆变器接收到同步信号后，将 调整自身的 VAC输出相位直至 m-n= 偶数， 请参见图 3a、 图 3b、 图 3c、 图 4和图 5a、 图 5b， 当 "m_n=偶数 （m、 n 均为正整数） "稳定后， 且 VACL在设定的范围内， 则备用 AC逆变控制电路的切 换驱动信号 D1输出有效高， 经光耦合器 01驱动 CMOS管组 Ml和 M2导通， 同时 备用 AC逆变控制电路关闭自身 VAC输出， 但会随时监测 TC1和 TC2 , 且随时准 备输出与 VACL同步的 VAC。

当在任何一个时间点上， 当电网 AC同步取样电路输出的两个同步信号 TC1 和 TC2超出设定的范围， 则判断为电网供电不正常， 备用 AC逆变控制电路输出 控制信号， 立刻置 D1为低， 即无效驱动， 将 CMOS管组 Ml、 M2断开， 同时输出 与电网电源 VACL同步的 VAC, 即由电网供电切换至备用电源供电。

本发明提供的上述两种切换方式实现了电网电 源和备用供电间的同步无延 时切换， 实现了如在线式 UPS般的完全不间断供电， 提高了工作效率， 使用安全 且节能效果好。

以上对本发明的具体实施例进行了详细描述， 但本发明并不限制于以上描述 的具体实施例， 其只是作为范例。对于本领域技术人员而言， 任何等同修改和替 代也都在本发明的范畴之中。因此， 在不脱离本发明的精神和范围下所作出的均 等变换和修改， 都应涵盖在本发明的范围内。