一种单相安全高频隔离UPS电源的制作方法

一种单相安全高频隔离ups电源
技术领域
1.本实用新型涉及电源技术领域，具体的说是涉及一种单相安全高频隔离ups电源。


背景技术：

2.针对tns供电系统，人接触到用电设备的l火线，电流将流过人体和大地，构成回路将严重伤害人体，如果此时漏电保护失效将危及人的生命。
3.因此，有必要研发一种单相安全高频隔离ups电源以解决上述技术问题。


技术实现要素：

4.针对现有技术中的不足，本实用新型要解决的技术问题在于提供了一种单相安全高频隔离ups电源，设计该安全高频隔离ups电源的目的是提高电源的安全性能。
5.为解决上述技术问题，本实用新型通过以下方案来实现：本实用新型的一种单相安全高频隔离ups电源，包括：
6.控制器，接入市电，所述控制器具有对市电电压、电流隔离采样的端口，还具有对市电隔离辅助电源供电端口，以及充放电控制信号端口、输出电压电流隔离采样端口、隔离驱动端口；
7.ac电网供电电路，具有市电输入端，市电输入后依次经过整流电路、pfc电路变换为直流输出；
8.隔离后输出电路，通过dc
‑
ac变换器连接所述ac电网供电电路；所述ac电网供电电路直流输出后依次经所述dc
‑
ac变换器、隔离电路隔离变换后形成高频交流输出，隔离电路输出端连接高频整流电路，高频交流输出后，再经过高频整流送到逆变电路，所述逆变电路逆变为交流输出；
9.电池充放电双向电路，通过控制器连接至所述高频整流电路，所述高频整流电路高频整流后送至充电控制部分经过dc
‑
dc隔离变换后给电池充电。
10.进一步的，当所述ac电网供电电路的市电输入异常后，所述电池的电能经过dc
‑
dc隔离变换后送到所述逆变电路之前，再经过逆变输出带载。
11.进一步的，所述ac电网供电电路的市电输入以及所述逆变电路的逆变输出的电压和电流采样均使用隔离采样传感器。
12.更进一步的，所述隔离采样传感器包括电压互感器、电流互感器、霍尔传感器中的一种或者组合。
13.进一步的，所述pfc电路、隔离电路、逆变电路、充放电电路的功率管驱动均采用完全隔离的驱动方式：包括光耦隔离驱动、隔离变压器隔离驱动、隔离ic芯片的隔离驱动的一种或者组合。
14.进一步的，所述隔离后输出电路，其采用高频隔离变压器作隔离，与所述高频整流电路连接的电池充放电双向电路的电路结构包括全桥变换电路、llc谐振变换电路、推挽变换电路的一种。
15.进一步的，所述逆变电路，其电路中包含有h4桥逆变变换拓扑输出、h6桥变换拓扑输出、半桥变换拓扑输出的一种或组合。
16.进一步的，所述控制器包含有控制器电路：控制器作为变换器主要控制单元，供电采用隔离辅助电源包含反激小电源或正激小电源或者使用工频小变压器构成的线性辅助电源的一种。
17.进一步的，所述市电输入端的其中火线和零线连接电压互感器tv2的两个前脚位，其地线接至所述控制器；
18.所述电压互感器tv2的两个后脚位接至所述控制器；
19.所述市电输入端的火线还连接至桥式整流二极管d1的1脚，所述桥式整流二极管d1的3脚连接电感器l1、有极性电容c1的正极，其2脚连接至所述市电输入端的零线，其4脚分别连接有极性电容c1的负极、mos晶体管q1的源极、有极性电容c2的负极、mos晶体管q4的源极、mos晶体管q5的源极，所述mos晶体管q1的漏极连接至所述电感器l1的另一端、有极性电容c2的正极、mos晶体管q2的漏极、mos晶体管q3的漏极，所述mos晶体管q2的源极接至所述mos晶体管q4的漏极，所述mos晶体管q2的源极和所述述mos晶体管q4的漏极之间的电路节点上连接至高频隔离变压器t3的初级线圈上的其中一脚，所述mos晶体管q3的源极接至所述mos晶体管q5的漏极，所述mos晶体管q3的源极和所述mos晶体管q5的漏极之间的电路节点上连接至所述高频隔离变压器t3的初级线圈上的另一脚；所述高频隔离变压器t3为dc
‑
ac变换器；
20.所述ac电网供电电路中还设置有ta电流互感器ta1，该ta电流互感器ta1接至所述控制器；
21.所述dc
‑
ac变换器的输出端的两个脚位分别连接至桥式整流二极管d2的1脚和桥式整流二极管d2的2脚；
22.所述桥式整流二极管d2的3脚分别连接 bus电路、有极性电容c3的正极、mos晶体管q6的漏极、mos晶体管q7的漏极；
23.所述桥式整流二极管d2的4脚分别连接
‑
bus电路、有极性电容c3的负极、mos晶体管q8的源极、mos晶体管q9的源极；
24.所述mos晶体管q6的源极连接至所述mos晶体管q8的漏极，所述mos晶体管q6的源极和所述mos晶体管q8的漏极之间的电路节点上连接至所述逆变电路tv1的初级线圈中的一脚；
25.所述mos晶体管q7的源极连接至所述mos晶体管q9的漏极，所述mos晶体管q7的源极和所述mos晶体管q9的漏极之间的电路节点上连接至所述逆变电路tv1的初级线圈中的另一脚；
26.所述逆变电路tv1的初级线圈的两个脚之间连接有电容c4，电容c4的两端分别接输出l和输出n；
27.所述隔离后输出电路的电路中连接有电流传感器ta2，所述电流传感器ta2连接至所述控制器；
28.所述控制器和所述ac电网供电电路的电路之间还连接有光耦隔离驱动u4；
29.所述控制器和所述隔离后输出电路的电路之间还连接有光耦隔离驱动u2。
30.进一步的，所述电池充放电双向电路与所述控制器之间的电路分别连接有光耦隔
离驱动u3、光耦隔离驱动u4；
31.所述电池充放电双向电路包括电池组，所述电池组的正极连接有极性电容c5的正极、mos晶体管q10的漏极、mos晶体管q12的漏极；所述电池组的负极连接有极性电容c5的负极、mos晶体管q11的源极、mos晶体管q13的源极；
32.所述mos晶体管q10的源极和所述mos晶体管q11的漏极互接且所述mos晶体管q10的源极和所述mos晶体管q11的漏极之间的电路节点上连接至一高频隔离变压器t4的初极线圈的一脚；
33.所述mos晶体管q12的源极和所述mos晶体管q13的漏极互接且所述mos晶体管q12的源极和所述mos晶体管q13的漏极之间的电路节点上连接至一高频隔离变压器t4的初级线圈的另一脚；
34.mos晶体管q17的源极和mos晶体管q16的漏极互接；
35.mos晶体管q15的源极和mos晶体管q14的漏极互接；
36.高频隔离变压器t4的次级线圈两端分别接至：mos晶体管q17的源极和mos晶体管q16的漏极之间的电路节点上、mos晶体管q15的源极和mos晶体管q14的漏极之间的电路节点上；
37.所述mos晶体管q17的漏极和所述mos晶体管q15的漏极连接并接至 bus电路；
38.所述mos晶体管q16的源极和所述mos晶体管q14的源极连接并接至
‑
bus电路；
39.所述 bus电路和所述
‑
bus电路之间连接一有极性电容c6，其中， bus电路接至所述有极性电容c6的正极。
40.相对于现有技术，本实用新型的有益效果是：本实用新型为高频隔离ups电源系统，输出和电网完全隔离，人接触到输出线路l，将不会构成回路，将有效保护人身安全。
附图说明
41.图1为本实用新型安全高频隔离ups电源原理框图。
42.图2为本实用新型安全高频隔离ups电源的原理图。
43.图3为本实用新型ac电网供电电路图。
44.图4为本实用新型隔离后输出电路图。
45.图5为本实用新型电池充放电双向电路图。
具体实施方式
46.下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，使本实用新型的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本实用新型的保护范围做出更为清楚明确的界定。显然，本实用新型所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
47.在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定
的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
48.在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，还可以是两个元件内部的连通，可以是无线连接，也可以是有线连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
49.此外，下面所描述的本实用新型不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
50.实施例1：本实用新型的具体结构如下：
51.请参照附图1
‑
5，本实用新型的一种单相安全高频隔离ups电源，包括：
52.控制器1，接入市电，所述控制器具有对市电电压、电流隔离采样的端口，还具有对市电隔离辅助电源供电端口，以及充放电控制信号端口、输出电压电流隔离采样端口、隔离驱动端口；
53.ac电网供电电路2，具有市电输入端，市电输入后依次经过整流电路、pfc电路变换为直流输出；
54.隔离后输出电路3，通过dc
‑
ac变换器连接所述ac电网供电电路；所述ac电网供电电路直流输出后依次经所述dc
‑
ac变换器、隔离电路隔离变换后形成高频交流输出，隔离电路输出端连接高频整流电路，高频交流输出后，再经过高频整流送到逆变电路，所述逆变电路逆变为交流输出；
55.电池充放电双向电路4，通过控制器1连接至所述高频整流电路，所述高频整流电路高频整流后送至充电控制部分经过dc
‑
dc隔离变换后给电池充电。
56.本实施例的一种优选技术方案：当所述ac电网供电电路2的市电输入异常后，所述电池的电能经过dc
‑
dc隔离变换后送到所述逆变电路之前，再经过逆变输出带载。
57.本实施例的一种优选技术方案：所述ac电网供电电路2的市电输入以及所述逆变电路的逆变输出的电压和电流采样均使用隔离采样传感器。
58.本实施例的一种优选技术方案：所述隔离采样传感器包括电压互感器、电流互感器、霍尔传感器中的一种或者组合。
59.本实施例的一种优选技术方案：所述pfc电路、隔离电路、逆变电路、充放电电路的功率管驱动均采用完全隔离的驱动方式：包括光耦隔离驱动、隔离变压器隔离驱动、隔离ic芯片的隔离驱动的一种或者组合。
60.本实施例的一种优选技术方案：所述隔离后输出电路3，其采用高频隔离变压器作隔离，与所述高频整流电路连接的电池充放电双向电路4的电路结构包括全桥变换电路、llc谐振变换电路、推挽变换电路的一种。
61.本实施例的一种优选技术方案：所述逆变电路，其电路中包含有h4桥逆变变换拓扑输出、h6桥变换拓扑输出、半桥变换拓扑输出的一种或组合。
62.本实施例的一种优选技术方案：所述控制器包含有控制器电路：控制器作为变换器主要控制单元，供电采用隔离辅助电源包含反激小电源或正激小电源或者使用工频小变压器构成的线性辅助电源的一种。
63.本实施例的一种优选技术方案：所述市电输入端的其中火线和零线连接电压互感器tv2的两个前脚位，其地线接至所述控制器；
64.所述电压互感器tv2的两个后脚位接至所述控制器；
65.实施例2：
66.如图2
‑
4所示，所述市电输入端的火线还连接至桥式整流二极管d1的1脚，所述桥式整流二极管d1的3脚连接电感器l1、有极性电容c1的正极，其2脚连接至所述市电输入端的零线，其4脚分别连接有极性电容c1的负极、mos晶体管q1的源极、有极性电容c2的负极、mos晶体管q4的源极、mos晶体管q5的源极，所述mos晶体管q1的漏极连接至所述电感器l1的另一端、有极性电容c2的正极、mos晶体管q2的漏极、mos晶体管q3的漏极，所述mos晶体管q2的源极接至所述mos晶体管q4的漏极，所述mos晶体管q2的源极和所述述mos晶体管q4的漏极之间的电路节点上连接至高频隔离变压器t3的初级线圈上的其中一脚，所述mos晶体管q3的源极接至所述mos晶体管q5的漏极，所述mos晶体管q3的源极和所述mos晶体管q5的漏极之间的电路节点上连接至所述高频隔离变压器t3的初级线圈上的另一脚；所述高频隔离变压器t3为dc
‑
ac变换器；
67.所述ac电网供电电路2中还设置有ta电流互感器ta1，该ta电流互感器ta1接至所述控制器1；
68.所述dc
‑
ac变换器的输出端的两个脚位分别连接至桥式整流二极管d2的1脚和桥式整流二极管d2的2脚；
69.所述桥式整流二极管d2的3脚分别连接 bus电路、有极性电容c3的正极、mos晶体管q6的漏极、mos晶体管q7的漏极；
70.所述桥式整流二极管d2的4脚分别连接
‑
bus电路、有极性电容c3的负极、mos晶体管q8的源极、mos晶体管q9的源极；
71.所述mos晶体管q6的源极连接至所述mos晶体管q8的漏极，所述mos晶体管q6的源极和所述mos晶体管q8的漏极之间的电路节点上连接至所述逆变电路tv1的初级线圈中的一脚；
72.所述mos晶体管q7的源极连接至所述mos晶体管q9的漏极，所述mos晶体管q7的源极和所述mos晶体管q9的漏极之间的电路节点上连接至所述逆变电路tv1的初级线圈中的另一脚；
73.所述逆变电路tv1的初级线圈的两个脚之间连接有电容c4，电容c4的两端分别接输出l和输出n；
74.所述隔离后输出电路3的电路中连接有电流传感器ta2，所述电流传感器ta2连接至所述控制器；
75.所述控制器和所述ac电网供电电路2的电路之间还连接有光耦隔离驱动u4；
76.所述控制器和所述隔离后输出电路3的电路之间还连接有光耦隔离驱动u2。
77.实施例3：
78.如图2、5所示，本实施例的一种优选技术方案：所述电池充放电双向电路4与所述控制器之间的电路分别连接有光耦隔离驱动u3、光耦隔离驱动u4；
79.所述电池充放电双向电路4包括电池组，所述电池组的正极连接有极性电容c5的正极、mos晶体管q10的漏极、mos晶体管q12的漏极；所述电池组的负极连接有极性电容c5的
负极、mos晶体管q11的源极、mos晶体管q13的源极；
80.所述mos晶体管q10的源极和所述mos晶体管q11的漏极互接且所述mos晶体管q10的源极和所述mos晶体管q11的漏极之间的电路节点上连接至一高频隔离变压器t4的初极线圈的一脚；
81.所述mos晶体管q12的源极和所述mos晶体管q13的漏极互接且所述mos晶体管q12的源极和所述mos晶体管q13的漏极之间的电路节点上连接至一高频隔离变压器t4的初级线圈的另一脚；
82.mos晶体管q17的源极和mos晶体管q16的漏极互接；
83.mos晶体管q15的源极和mos晶体管q14的漏极互接；
84.高频隔离变压器t4的次级线圈两端分别接至：mos晶体管q17的源极和mos晶体管q16的漏极之间的电路节点上、mos晶体管q15的源极和mos晶体管q14的漏极之间的电路节点上；
85.所述mos晶体管q17的漏极和所述mos晶体管q15的漏极连接并接至 bus电路；
86.所述mos晶体管q16的源极和所述mos晶体管q14的源极连接并接至
‑
bus电路；
87.所述 bus电路和所述
‑
bus电路之间连接一有极性电容c6，其中， bus电路接至所述有极性电容c6的正极。
88.实施例4：
89.本实用新型为一种高频隔离ups电源的设计方法，ups电源是一种不间断电源系统，当市电正常时，使用电网的市电经过整流电路以及pfc调整，再经过高频隔离变换电路，再经过逆变等电路输出带负载，并通过充电器给电池组充电。当市电异常(如电压超范围或者频率超范围或者直接断电)后，市电将关闭，电池组的电会经过充放电电路返回给逆变电路前级，再经过逆变输出带负载，达到输出不断电的作用。
90.针对tns供电系统，人接触到用电设备的l火线，电流将流过人体和大地，构成回路将严重伤害人体，如果此时漏电保护失效将危及人的生命。而本系统为高频隔离ups电源系统，输出和电网完全隔离，人接触到输出线路l，将不会构成回路，将有效保护人身安全。
91.本实用新型分为市电测和隔离输出测以及电池能量控制三大部分。市电输入经过整流和pfc变换为直流，直流经过dc
‑
ac隔离变换后为高频交流，再经过高频整流后送到逆变部分(同时送给充电控制部分经过dc
‑
dc隔离变换后给电池充电)再逆变为交流输出。市电异常后电池电量经过dc
‑
dc隔离变换后送到逆变电路之前( bus和
‑
bus电压)，此时再经过逆变输出带载。
92.经过主拓扑结构的电源隔离变换以及输入输出隔离采样和功率管隔离驱动，达到电网输入部分和输出部分100％完全隔离的目的。
93.市电输入以及逆变输出的电压和电流采样使用隔离采样传感器，包括电压互感器，电流互感器或者霍尔传感器等部件。
94.pfc和隔离变换以及逆变部分以及充放电部分功率管驱动采用完全隔离驱动：包括光耦隔离驱动、隔离变压器驱动、隔离ic芯片驱动方式。
95.隔离变换部分：采用高频隔离变压器作隔离，结构可以是全桥，推挽，llc等变换结构。
96.逆变电路：逆变电路包含h4桥逆变，h6桥、半桥等变换拓扑输出。
97.电池充放电电路：采用高频隔离变压器作隔离，充电电路结构可以是全桥，推挽、llc等变换结构。
98.控制器电路：控制器作为变换器主要控制单元，供电采用隔离辅助电源包含反激或正激等小电源或者使用工频小变压器构成的线性辅助电源。采样都使用隔离电路，驱动使用光耦作为隔离。
99.以上所述仅为本实用新型的优选实施方式，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其它相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。