專利名稱：不間斷電源電腦全自動(dòng)控制器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及不間斷電源(UPS)的控制裝置，更具體地，涉及一種不間斷電源供電系統(tǒng)的電腦自動(dòng)控制裝置。
(UPS)不間斷電源是一種供給計(jì)算機(jī)、儀器儀表、家用電器等用電設(shè)備的在市電不穩(wěn)或停電時(shí)可保證持續(xù)供電的裝置。
目前使用的UPS有兩種基本形式，一種是后備式，一種是在線式，它們是市電停電或供電不正常時(shí)轉(zhuǎn)由電瓶供電，逆變器逆變產(chǎn)生工頻電維持供電。因此保持電瓶及主機(jī)狀態(tài)良好致關(guān)重要，尤其是電瓶。但是，在這兩種不間斷電源設(shè)備中均缺少有效的運(yùn)行狀態(tài)控制，其工作狀態(tài)的顯示均以LED發(fā)光管來表示工作狀態(tài)的總括，例如用對(duì)應(yīng)的LED發(fā)光管表示市電狀態(tài)、逆變狀態(tài)等。一是不能使用戶明顯看到電瓶?jī)?chǔ)能情況及供電技術(shù)參數(shù)，二是不能對(duì)電瓶自動(dòng)進(jìn)行必要的養(yǎng)護(hù)以確保電瓶在應(yīng)急時(shí)可靠運(yùn)行。這些UPS中對(duì)電瓶的充電基本上只能采用恒壓浮充方式。眾所周知恒壓浮充方式對(duì)電瓶長(zhǎng)期工作是不利的，不僅通常設(shè)備提供的浮充電壓不足以達(dá)到電瓶真正充滿的電壓值，而且此電壓取自主變壓器副繞組，最大充電電流不足，在電瓶深放電虧電較大時(shí)尤其顯得不足，常造成電瓶提前失效。此外，沒有UPS狀態(tài)控制情況的明確顯示，使得無從得知電瓶能供出的能量的百分比。特別是后備式系統(tǒng)偏偏在用戶最需要服務(wù)時(shí)它才表現(xiàn)出有問題。這些情況造成的結(jié)果是UPS使用過程中的可靠性、安全性沒有保障，設(shè)備的壽命因不正確的運(yùn)行而無謂損失。因此，本實(shí)用新型的目的是解決現(xiàn)有的UPS在工作狀態(tài)和顯示方面的不足，提供一種對(duì)UPS的電腦全自動(dòng)控制裝置。所述自動(dòng)控制裝置將對(duì)UPS運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行顯示；對(duì)電瓶虧電時(shí)及時(shí)充電；對(duì)電瓶的充電以最佳方式進(jìn)行；對(duì)電瓶自動(dòng)進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。
本實(shí)用新型的UPS電腦全自動(dòng)控制裝置參見

圖1，具備微電腦控制器的基本構(gòu)成包括 A5中央控制單元(CPU)按A7存儲(chǔ)器(EPROM)中預(yù)定程序發(fā)出指令，將處理的信號(hào)傳送至A9接口部，形成控制驅(qū)動(dòng)信號(hào)。A1數(shù)據(jù)采集部從和本實(shí)用新型控制裝置相連接的UPS主機(jī)(C)中采集參數(shù)，包括市電電壓值、電瓶電壓值及供電電流值、工頻負(fù)載大小，成為四路輸入，作為參數(shù)信號(hào)提供給信號(hào)放大部A2。A2信號(hào)放大部將來自A1采集的模擬信號(hào)放大后輸出TTL電平。A4數(shù)模轉(zhuǎn)換部將從A2部來的TTL電平信號(hào)轉(zhuǎn)換形成數(shù)據(jù)送入CPU。A8譯碼部將由A5CPU來的顯示參數(shù)譯碼形成十進(jìn)制數(shù)據(jù)傳給A8顯示部，A8顯示部是由數(shù)碼管及鎖存器，位選、段選驅(qū)動(dòng)器構(gòu)成的顯示器，顯示運(yùn)行參數(shù)。A9接口部，根據(jù)A5CPU控制信號(hào)形成驅(qū)動(dòng)信號(hào)送給A3執(zhí)行顯示，預(yù)報(bào)警、報(bào)警及故障停機(jī)。A3執(zhí)行部，接受來自CPU通過接口部A9的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，發(fā)出充放電控制信號(hào)，保護(hù)及報(bào)警控制信號(hào)，執(zhí)行充放電、保護(hù)報(bào)警的工作。A10充電電路部，根據(jù)CPU控制指令執(zhí)行對(duì)電瓶的充電工作。
以上各部的連接關(guān)系是 UPS各采集參數(shù)接入A1各輸入端，這些參數(shù)的采樣信號(hào)加入A2信號(hào)放大部的放大器輸入端，其輸出的模擬信號(hào)接入A4A/D變換部轉(zhuǎn)換為數(shù)據(jù)輸入A5CPU，CPU的工作按A7存儲(chǔ)器EPROM中預(yù)定的程序進(jìn)行，對(duì)于要顯示的參數(shù)數(shù)據(jù)送入A8譯碼部譯碼為十進(jìn)制數(shù)據(jù)再送入A8顯示部作顯示，可以有幾套數(shù)碼管分別顯示各個(gè)參數(shù)，也可以由一套數(shù)碼管用轉(zhuǎn)換開關(guān)選擇顯示相應(yīng)參數(shù)，對(duì)于控制電瓶充放電的指令信號(hào)、保護(hù)、預(yù)報(bào)警、報(bào)警信號(hào)經(jīng)由接口部A9送給執(zhí)行部A3，A3部實(shí)行對(duì)主機(jī)(C)的保護(hù)控制及對(duì)充電電路部A10的充電控制。
參見圖11，說明CPU的工作流程從A開始進(jìn)行初始化(SI)，CPU進(jìn)入準(zhǔn)備工作狀態(tài)，電瓶工作計(jì)時(shí)開始(定起始工作時(shí)間)，接受預(yù)定檢測(cè)的參數(shù)(市電電壓、電瓶電壓、電瓶電流、工頻負(fù)載電流)，檢測(cè)工頻負(fù)載(S2)，如無負(fù)載，回到S1，檢測(cè)到有負(fù)載，則主機(jī)先進(jìn)入逆變工作狀態(tài)12秒(S3)進(jìn)行檢測(cè)市電電壓(S4)(S5)，若正常，進(jìn)入市電供電狀態(tài)，逆變器不工作，開始逆變器不工作計(jì)時(shí)(S72)并檢測(cè)電瓶電壓(S7)若低于規(guī)定電壓，例如對(duì)額定24V的電瓶低于27V，進(jìn)入充電工作(S9)，同時(shí)開始充電計(jì)時(shí)(S91)，充電中檢測(cè)電瓶電壓及電流值(S10)，按電瓶技術(shù)要求在規(guī)定電壓值，例如滿充電值的80％以下時(shí)，CPU發(fā)出恒流充電指令(充電方式及充電指令在后面將敘述)，當(dāng)電瓶電壓達(dá)到上述電壓值，CPU發(fā)出飽和充電指令，充電電流為最小值(S11)，在電瓶電壓達(dá)到充滿值(例如對(duì)額定24V電瓶為28.2V)或充電計(jì)時(shí)達(dá)到12小時(shí)(S12)就停止充電過程(S13)。如在S7步驟檢測(cè)到負(fù)載過大(S71)，CPU指令主機(jī)立即停止運(yùn)行，同時(shí)報(bào)警進(jìn)行保護(hù)動(dòng)作(S72)。
在S5步驟檢測(cè)到市電電壓不正常，進(jìn)入逆變狀態(tài)工作(S51)，繼續(xù)檢測(cè)電瓶工作電壓、電流和電瓶供電時(shí)間(S52)，如電壓達(dá)到下限值如22.5V或電流達(dá)到上限值如40A(S53)則停止逆變(S58)以防止電瓶過放電或機(jī)器故障。在工作正常狀態(tài)下，CPU計(jì)算電瓶還可供電時(shí)間T0，T0＝60×(電瓶允許放電安時(shí)數(shù)-已使用電瓶的安時(shí)數(shù)累計(jì)值)÷(當(dāng)時(shí)電瓶工作電流)(S54)。當(dāng)T0＝30分鐘(S55)，CPU發(fā)出預(yù)報(bào)警信號(hào)(S56)，T0等于5分鐘時(shí)(S57)，指令停止逆變(S58)，同時(shí)報(bào)警。
流程中CPU所檢測(cè)可讀性數(shù)據(jù)均由顯示部A8表達(dá)，包括市電電壓、電瓶電壓、電瓶電流、工頻負(fù)載電流，電瓶剩余可工作時(shí)間T0、充電電流、電瓶累計(jì)工作年數(shù)等。在顯示部顯示器只有一套四位數(shù)碼管時(shí)，則用選擇開關(guān)S1選擇所顯示參數(shù)的種類。
為養(yǎng)護(hù)電瓶，逆變器不工作時(shí)間等于3個(gè)月(S73)，進(jìn)入設(shè)定逆變狀態(tài)(S510)逆變器工作計(jì)時(shí)(S511)，達(dá)到兩小時(shí)(S512)檢測(cè)市電正常，回到市電供電(S6)重新開始逆變器不工作計(jì)時(shí)，這就是對(duì)電瓶定期放電，放電后再進(jìn)行充電，即均衡充電。
整個(gè)程序流程在CPU(A5)管理下以分序和中斷方式工作，這是常規(guī)技術(shù)，不再細(xì)述。
現(xiàn)UPS使用了本實(shí)用新型控制裝置以后，將確保UPS始終處在完好的工作狀態(tài)下，其可靠性得到保證。其次，用戶除了更換使用已經(jīng)到期的電瓶外不需要作其它維護(hù)工作，充電按照電瓶制造商的規(guī)定以最佳方式進(jìn)行，充電效率高，并可在充滿時(shí)自動(dòng)停止充電，不致因過充而損壞電瓶。在長(zhǎng)期不工作的情況下UPS可被定期啟動(dòng)進(jìn)入逆變狀態(tài)，使電瓶放電后充電(即定期均衡充電)，保證電瓶良好穩(wěn)定，有助于延長(zhǎng)設(shè)備壽命，節(jié)約設(shè)備勞務(wù)和費(fèi)用。第三，UPS的各項(xiàng)參數(shù)例如電瓶可以供出能量的百分比，可隨時(shí)被顯示出來供使用人看到，較易發(fā)現(xiàn)隱患，出現(xiàn)故障自動(dòng)報(bào)警。當(dāng)電瓶放電接近過放時(shí)自動(dòng)關(guān)斷和示警，設(shè)備運(yùn)行的安全性高。
圖1是本實(shí)用新型自動(dòng)控制裝置構(gòu)成各部的框圖。圖2-3是本實(shí)用新型自動(dòng)控制裝置一個(gè)實(shí)施例的具體電路圖。
其中圖2是A1-A3部的電路圖，圖2(A)是A1-A2部分放大圖，圖2(B)是A3充電延時(shí)啟動(dòng)電路，充電脈沖輸出電路及報(bào)警電路部分報(bào)警信號(hào)輸出部分放大圖。
圖3是A4-A9部的電路圖，圖3(A)為A4、A6，圖3(B)為A5、A7，圖3(C)為A8，圖3(D)為A9部分電路放大圖。
圖4是A10部分電路圖。
圖5是A1部分電路原理圖。
圖6是A2部分電路原理圖。
圖7是A4及A6部分電路原理圖。
圖8是A8及A9部分電路原理圖。
圖10是A3部分電路原理圖。
圖11是本實(shí)用新型自動(dòng)控制裝置工作流程圖。
以下將參閱附圖詳細(xì)說明本實(shí)用新型實(shí)施例的主要部分。附圖2(A)-2(B)及圖3(A)-3(D)分別是圖2、3各部分分隔放大的圖，因?yàn)閳D2、3幅面太小，不易弄清。圖2及圖5部分的A1部分是數(shù)據(jù)采集部，對(duì)圖1中所示UPS主機(jī)(C)的工作狀態(tài)采集數(shù)據(jù)并輸入，在本例中電瓶電壓直接取自電瓶端電壓，電瓶供電電流取自回路中的取樣電阻端，市電由變壓器副繞組取出，負(fù)載由市電交流輸出回路變流器取出。取樣信號(hào)輸入到A2部分(分別經(jīng)圖2及2(A)左下方CZ2端子3、CZ1端子2、CZ3端子3、4和CZ2端子1、2)A2部(參見圖6)是由運(yùn)算放大器構(gòu)成，采用一個(gè)低功耗、高精度集成電路LM324(IC1、1、2、3、4)，分別用于電瓶電壓、電瓶充、放電電流、交流負(fù)載(負(fù)載消耗)電流及市電電壓的檢測(cè)，放大后輸出TTL電平供給A4模數(shù)轉(zhuǎn)換之用。
A4(參見圖3及圖7)由8通道逐次比較式A/D轉(zhuǎn)換器ADC0809集成電路IC8構(gòu)成。A2部來的四種采樣信號(hào)以TTL電平IC8的INO-3四端輸入，IC8的輸出端(三態(tài)輸出數(shù)據(jù)鎖存器)將轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號(hào)送到A5單片機(jī)數(shù)據(jù)總線。當(dāng)需要顯示其中任一參數(shù)時(shí)由A5中央處理單元芯片8031向IC8ADC0809的ENABLE端發(fā)出高電平而輸出數(shù)據(jù)。
數(shù)據(jù)經(jīng)CPU8031控制總線傳給由集成電路IC7(74LS138)構(gòu)成的A6譯碼器，譯碼后送到顯示部(參見圖9)。A8為由四位七段數(shù)碼管構(gòu)成顯示器，由于采用動(dòng)態(tài)顯示，顯示器的位選和段選由集成電路IC3(74LS373)分別經(jīng)由4069和4050作為位選和段選掃描信號(hào)的OC驅(qū)動(dòng)器輸出給數(shù)碼管顯示。在本例中由一個(gè)轉(zhuǎn)換開關(guān)S1選擇所需顯示的參數(shù)。(參見圖8(C))。作為運(yùn)行狀態(tài)的總括顯示，可用3個(gè)LED發(fā)光管分別顯示市電供電、逆變、報(bào)警三種狀態(tài)，接受CPU(A5)對(duì)3種工作狀態(tài)的指令，使相應(yīng)的LED發(fā)光。此種電路在已有技術(shù)中巳習(xí)用，不作詳述。
由A4來的檢測(cè)信號(hào)經(jīng)A5CPU(8031)處理后與A7EPROM(2764)中預(yù)定參數(shù)進(jìn)行比較(參見圖8)，CPU根據(jù)控制程序發(fā)出相應(yīng)控制信號(hào)，經(jīng)A9(參見圖9)輸出接口IC7(74LS373)及驅(qū)動(dòng)OC(IC10)成為四路控制輸出(參見圖3、圖4)由A3執(zhí)行控制部執(zhí)行控制指令。
A3部分(參見圖10)有以晶體管N3和繼電器J1組成的保護(hù)電路加給預(yù)報(bào)警報(bào)警端；由集成塊IC20(NE555)時(shí)基電路構(gòu)成的報(bào)警電路接受示警信號(hào)，由報(bào)警喇叭告警；由晶體管N4、N5及繼電器J2構(gòu)成延時(shí)電路及由晶體管N3和脈沖變壓器組成充電脈沖放大器輸出充電脈沖給A10充電電路控制充電電流。晶體管N4、N5和繼電器J2構(gòu)成的延時(shí)器是對(duì)充電電路的啟動(dòng)時(shí)間進(jìn)行一種特別的延時(shí)。由于主機(jī)工作時(shí)，每次從逆變工作狀態(tài)轉(zhuǎn)入市電工作狀態(tài)都有一大于12秒的過渡時(shí)間，在此12秒時(shí)間內(nèi)實(shí)際上已是市電恢復(fù)正常時(shí)刻，若此時(shí)檢測(cè)到電瓶電壓不足而啟動(dòng)充電，那么充電電壓會(huì)立即輸出加到電瓶端上，這是絕對(duì)不允許的，而N4、N5、J2組成的延時(shí)器將啟動(dòng)充電時(shí)刻延時(shí)大于12秒，這就確保充電必然在主機(jī)從逆變過渡12秒轉(zhuǎn)入市電供電工作狀態(tài)之后才開始而避免發(fā)生故障危險(xiǎn)。
所述A3各部電路分別在CPU(8031)中根據(jù)檢測(cè)數(shù)據(jù)和運(yùn)算結(jié)果相應(yīng)地進(jìn)入工作來控制UPS主機(jī)(C)的工作狀態(tài)。
A10充電電路(參見圖4)由市電220V經(jīng)變壓器降壓后再整流濾波，得到直流充電電壓，對(duì)本例的24V電瓶，它為30V。該電壓經(jīng)Q1場(chǎng)效應(yīng)功率管、電感L1、二極管D1加在電瓶端。Q1是N溝道場(chǎng)效應(yīng)管，柵源間電壓越小(或其間所加脈沖電流的脈沖寬度越窄)，源、漏間電流就越小，即充電電流由加在Q管的柵源間電流脈沖寬度大小控制，此脈沖寬度受控于單片機(jī)CPU(8031)。在本例中，加到Q1管的柵源間脈沖電壓由光電隔離集成電路TLP1供給，輔助變壓器T11、整流器DQ1提供電源給光電隔離集成電路TLP1工作，所述TLP1隨來自A3部的充電脈沖控制Q1管的柵源間電流脈寬，這種由TLP1光電隔離器組成的脈沖電路與電池組不共地，與其它電路隔離。Q1管可以用晶閘管替換。
CPU接充電指令發(fā)出的充電脈沖與市電電源同步。一但CPU檢測(cè)到電瓶電壓達(dá)到所需充電范圍，就發(fā)出定值寬度充電脈沖，以保持充電電流足夠及恒定，隨電瓶電壓達(dá)到例如80％滿壓值，減少脈寬至最小值，進(jìn)入飽和充電狀態(tài)，電瓶電壓達(dá)到滿壓值例如28.2V(對(duì)額定24V電瓶)或者充電時(shí)間達(dá)到12小時(shí)(對(duì)年久老化的電瓶滿壓值達(dá)不到28.2V)充電脈沖停止，Q1失去控制脈沖而截止，充電結(jié)束。
本實(shí)用新型以實(shí)施例說明，但不限制在實(shí)例，本領(lǐng)域技術(shù)人員按已有技術(shù)及其知識(shí)可作出變更，這些變更也是屬于所附的權(quán)利要求的范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種不間斷電源的電腦全自動(dòng)控制裝置，具有微電腦控制器的基本構(gòu)成，包括中央處理單元CPU(A5)；EPROM(A7)；參數(shù)信號(hào)采集部(A1)；信號(hào)放大部(A2)；模數(shù)轉(zhuǎn)換部(A4)；接口(A9)；其特征是還包括執(zhí)行部(A3)及充電電路(A10)，所述參數(shù)信號(hào)采集部(A1)為四路輸入，從不間斷電源UPS(C)采集電瓶電壓和電流、市電電壓、工頻負(fù)載電流各值為輸入信號(hào)，其輸出端接在所述信號(hào)放大部(A2)的輸入端，該信號(hào)放大部由四路運(yùn)算放大器組成，其輸出端接到所述模數(shù)轉(zhuǎn)換部(A4)作A/D轉(zhuǎn)換后將數(shù)據(jù)信號(hào)送入CPU(A5)，根據(jù)所述EPROM(A7)指令運(yùn)作；所述執(zhí)行部(A3)包括由晶體管(N3)和原邊接在所述N3的集電極的脈沖變壓器(T11)構(gòu)成的充電脈沖輸出電路，由CPU(A5)充電指令信號(hào)控制所述晶體管N3，使所述脈沖變壓器(T11)副邊輸出寬度可變化的充電脈沖給光電耦合器(TLP1)的發(fā)光二極管兩端，使所述光電耦合器的三極管形成發(fā)射極電流脈沖接入一個(gè)場(chǎng)效應(yīng)功率管(Q1)的柵源之間；所述充電電路(A10)包括工頻交流經(jīng)降壓整流的直流電源通過所述場(chǎng)效應(yīng)功率管(Q1)源、漏極加于電瓶?jī)啥?，使該源、漏極電流受所述充電脈沖寬度控制。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的控制裝置，其特征是所述充電脈沖輸出電路中所述晶體管(N3)的集電極經(jīng)過脈沖變壓器(T11)初級(jí)線圈、(N4，N5)和繼電器(J2)組成的延時(shí)電路饋電。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的控制裝置，其特征是還具有顯示裝置，包括顯示部(A8)及譯碼器(A6)；該顯示部(A8)包括四位七段數(shù)碼管及其鎖存器和位選、段選驅(qū)動(dòng)器；根據(jù)所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器(A4)接受從CPU(A5)發(fā)出的高電平，向所述譯碼器傳送顯示參數(shù)的數(shù)據(jù)輸出給顯示部(A8)，在所述數(shù)碼管上顯示。
4.根據(jù)權(quán)利要求3的控制裝置，其特征是所述信號(hào)放大部(A2)的四運(yùn)算放大器為集成塊LM324；所述模數(shù)轉(zhuǎn)換部(A4)由集成塊ADC0809構(gòu)成；所述CPU(A5)由8031芯片構(gòu)成；所述EPROM(A7)由2764集成塊構(gòu)成；所述譯碼器(A6)由74LS138集成塊構(gòu)成；所述顯示部(A8)中鎖存器為74LS373集成塊，位選及段選掃描信號(hào)的OC驅(qū)動(dòng)器分別為集成塊4069及4050構(gòu)成；所述接口部(A9)的四路控制信號(hào)輸出使用集成塊74IS373及4050；所述繼電器(J1，J2)為DIP16密封繼電器。
5.根據(jù)權(quán)利要求3或4的控制裝置，其特征是所述執(zhí)行部(A3)還包括報(bào)警電路，該報(bào)警電路由集成塊NE555時(shí)基電路及揚(yáng)聲器構(gòu)成，受CPU(A5)發(fā)生的報(bào)警及預(yù)報(bào)警信號(hào)控制動(dòng)作。
專利摘要一種不間斷電源電腦全自動(dòng)控制器，具有電腦控制器的基本構(gòu)成，包括CPU(A5)；EPROM(A7)；參數(shù)輸入及信號(hào)放大部(A1，A2)；模數(shù)轉(zhuǎn)換部(A4)；接口部(A9)。其特征是還包括執(zhí)行部(A3)及充電電路(A10)。參數(shù)輸入為市電電壓及電流、電瓶電壓及電流。充電電路中加入場(chǎng)效應(yīng)功放管，其源柵間脈沖電壓由CPU根據(jù)電瓶電壓調(diào)節(jié)脈寬，達(dá)到控制充電電流以最佳方式充電，并由CPU控制定期作養(yǎng)護(hù)性放電和進(jìn)行均衡充電，充分延長(zhǎng)電瓶壽命。本實(shí)用新型還可加顯示器(A8)，對(duì)流程中可讀性參數(shù)作出顯示，用戶可隨時(shí)了解整機(jī)工作狀況。
文檔編號(hào)H02J7/00GK2220700SQ95209218
公開日1996年2月21日 申請(qǐng)日期1995年4月24日 優(yōu)先權(quán)日1995年4月24日
發(fā)明者郭春林, 薛列東, 張強(qiáng) 申請(qǐng)人:郭春林