本实用新型涉及ups电源技术领域，更具体地说，涉及一种ups锁相电路。
背景技术：
ups(uninterruptedpowersupply-不间断电源)是将蓄电池与主机相连接，通过主机逆变器等模块电路将直流电转换成市电的系统设备。目前，ups结构中大都设有一个旁路开关，此开关接通时，可将交流市电送入负载，使其正常工作。
当电网(市电)电压变化超过限定值时，旁路开关断开，同时转入ups供电。在由市电转接到ups供电的过程中可能出现瞬间ups电压和市电电压同时向负载供电，如果这一瞬间市电电压为正弦的正半波，而ups输出的电压为正弦的负半波，这二者叠加的结果：一是使用设备瞬间断电，使得设备停机；二是使电网与ups形成短时间的短路环路，长时间使用时，短路电流或将设备烧坏。
技术实现要素：
本实用新型要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述ups电压和市电电压转换时，这两种电压的相位超前或滞后的缺陷，提供一种可使转换电压的瞬间相位一致且运行安全的ups锁相电路。
本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种ups锁相电路，具备：
分压器，其配置于电网的输出端，所述分压器用于衰减所述电网输入的电压；
移相电路，所述移相电路的信号输入端耦接于所述分压器的信号输出端，其用于接收经所述分压器衰减后的所述电压，并将所述电压移相90°；
比较电路，所述比较电路的第一信号输入端与ups电源的电压输出端连接，其用于接收所述ups电源输出的电压信号；
所述比较电路的第二信号输入端耦接于所述移相电路的信号输出端，其用于接收所述移相电路输出的移相电压；
所述比较电路将输入的所述电压信号及所述移相电压进行比较，获得一个方波电压；
平均电路，所述平均电路的信号输入端耦接于所述比较电路的信号输出端；
压控振荡器，所述压控振荡器的信号输入端耦接于所述平均电路的信号输出端，所述平均电路向所述压控振荡器输入所述方波电压，所述方波电压用于控制所述ups电源与所述电网的相位差。
在一些实施例中，所述分压器包括第一电阻及第二电阻，
所述第一电阻的一端与所述电网的输出端连接，
所述第一电阻的另一端、所述第二电阻的一端分别与所述移相电路的信号输入端连接，
所述第二电阻的另一端与公共端连接。
在一些实施例中，所述移相电路包括第一运算放大器及第二运算放大器，
所述第一运算放大器的同相输入端分别与所述第一电阻及所述第二电阻的一端连接，
所述第一运算放大器的输出端耦接于所述第二运算放大器的反相输入端，
所述第二运算放大器的输出端与所述比较电路的第二信号输入端连接。
在一些实施例中，所述比较电路包括异或门鉴相器，
所述异或门鉴相器的第一信号输入端与所述ups电源的电压输出端连接，
所述异或门鉴相器的第二信号输入端耦接于所述第二运算放大器的信号输出端，
所述异或门鉴相器的信号输出端与所述平均电路的信号输入端连接。
在一些实施例中，所述平均电路包括第三运算放大器、第四运算放大器及第五运算放大器，
所述第三运算放大器的同相输入端及反相输入端分别与所述异或门鉴相器的输出端连接，
所述第三运算放大器的输出端耦接于所述第四运算放大器的反相输入端，
所述第四运算放大器的同相输入端与所述第五运算放大器的同相输入端连接，所述第四运算放大器的输出端与所述第五运算放大器的反相输入端连接，
所述第五运算放大器的输出端与所述压控振荡器的信号输入端连接。
在一些实施例中，还包括二极管，所述二极管的阳极与所述移相电路的输出端连接，
所述二极管的阴极耦接于所述比较电路的第二信号输入端。
在本实用新型所述的ups锁相电路中，包括分压器、移相电路、比较电路、平均电路及压控振荡器，压控振荡器的信号输入端耦接于平均电路的信号输出端，平均电路向压控振荡器输入方波电压，方波电压用于控制ups电源与电网的相位差。与现有技术相比，通过比较电路将ups电压与电网电压进行比较，获得频率为100hz的方波电压，然后通过平均电路将该方波电压加载到压控振荡器上，使用该方波电压可将ups电源与电网的相位差控制在±3以内，达到锁相的目的，进而提高设备在电网与ups电源转换瞬间的安全性。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本实用新型作进一步说明，附图中：
图1是本实用新型提供ups锁相电路一实施例ups启动时的相位差波形图；
图2是本实用新型提供异或门鉴相器一实施例的真值表；
图3是本实用新型提供异或门鉴相器及压控振荡器一实施例的特性图；
图4是本实用新型提供ups锁相电路一实施例的波形图；
图5是本实用新型提供ups锁相电路一实施例的市电相移90°的比较波形图；
图6是本实用新型提供ups锁相电路一实施例的部分电路图。
具体实施方式
为了对本实用新型的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本实用新型的具体实施方式。
如图1至图6所示，在本实用新型的ups锁相电路第一实施例中，ups锁相电路100包括分压器101、移相电路102、比较电路103、平均电路104及压控振荡器(图中未示出)。
如图1所示，由于某种原因，使得ups电压落后于电网电压一个相位θ，在这一时间内(如t0＝t1)，两个电压的瞬时值就出现了差别，如果将这个差值去控制压控振荡器，就能够改变ups电压的频率。
然而，通常都不用两个电压波直接比较，这是因为，一方面，如果相位θ值不大时，需将正弦波降压，其正弦波变化平缓，两个瞬时值之差较小，因此，比较出来的误差也较大；另一方面，在负载和其他因素的影响下，波形失真在所难免，用失真的波形进行比较，误差也相对较大。
为了减小这种误差，一般先将ups电压和交流市电电压变换成方波后再进行比较，即可得出反应相位差的电压。在本实施例中，采用异或门电路进行，图2示出异或门的真值表，结合图3给出的比较波形，由图中可以看出，经异或门比较后的输出电压频率是输入波形频率的两倍。
但在图3中出现一个问题，即相位差无论是 θ还是-θ，其比较后的电压值(输出波形的宽度)是一样的，如果采用这个电压去控制压控振荡器，就会使得频率无穷大升高或降低，因此，以下给出解决上述问题的方案。
具体地，分压器101将输入市电进一步衰减成1/2，例如，输入的市电为u1，该电压经分压器101处理后，衰减为1/2u1。
分压器101配置于电网的输出端(对应u1端)，用于衰减电网输入的电压。
举例而言，当输入的电压为220v时，220v电压经过分压器101衰减后，变为110v的电压，然后将该衰减后的电压输出至移相电路102。
移相电路102能将输入的正弦波移相，在本实施例中，其可将正弦波相移90°，将正弦波信号变为方波信号。
具体地，移相电路102的信号输入端耦接于分压器101的信号输出端，移相电路102用于接收经分压器101衰减后的电压，并将该电压相移90°变为方波信号，并将该方波信号输出至比较电路103。
比较电路103通过输入基准信号(电网电压)和ups电源输出的电压信号进行相位比较，输出一个代表相位差的误差信号，经过环路低通滤波，得到误差电压去控制压控振荡器，使压控振荡器的振荡频率朝着减小两信号频率和相位差的方向变化，最终使压控振荡器的频率等于基准信号的频率和静态剩余相位差。
其中，比较电路103设有两个信号输入端，分别为第一信号输入端(对应uin1)及第二信号输入端(对应uin2)。
具体地，比较电路103的第一信号输入端uin1与ups电源的电压输出端连接，其用于接收ups电源输出的电压信号。
比较电路103的第二信号输入端uin2耦接于移相电路102的信号输出端，其用于接收移相电路102输出的移相电压(即方波信号)。
进一步地，比较电路103将输入的电压信号(对应ups电源输入的电压信号)及移相电压(对应移相电路102输入的方波信号)进行比较，在比较电路103的输出端获得一个频率为100hz且与相移θ成反比的方波电压，然后将该方波电压输出至平均电路104。
需要说明的是，相移θ指的是ups电源与电网的相位差。
平均电路104可将输入的方波电压精确地换算，然后变成直流电压u0。
具体地，平均电路104的信号输入端耦接于比较电路103的信号输出端，其用于接收比较电路103输出的方波电压，并将该方波电压变为直流电压u0，然后将直流电压u0输出至压控振荡器(图中未示出)。
压控振荡器可通过电压(即直流电压u0)输入进行控制振荡频率的电子振荡电路。
压控振荡器的信号输入端耦接于平均电路104的信号输出端，平均电路104向压控振荡器输入控制压控振荡器(属于ups电源)的直流电压u0，通过压控振荡器可将ups电源与电网的相位差控制在±3°以内(对应220v的电压瞬间值)，由此可改变ups电源的电压频率。
示例性地，结合图4，通过移相电路102将电网电压方波相移90°后，输入比较电路103，再与ups电压方波进行比较。图4中：
(a)为相移90°以后的市电方波；
(b)所示为ups电压本身方波；
(c)为市电方波与ups电压方波正好相差90°时，经异或门鉴相器(属于比较电路103)后输出的电压u90；
(d)为ups电压落后相位为θ时的波形；
(e)为ups电压落后相位为θ时，经异或门鉴相器(属于比较电路103)后输出的波形u θ，由图中可看出这时的输出电压方波面积小于u90的面积；
(f)为ups电压超前市电电压θ时的相对位置；
(g)为相位超前θ时，经异或门鉴相器后的输出波形u-θ，经上述比较可得出，这时输出电压方波的面积比u90的大，因此，即可得出如下关系；
u θ＜u90＜u-θ
进一步地，图5(a)示出了异或门鉴相器的转换特性，如果把这个电压(即直流电压u0)加到压控振荡器上，就可以实现锁相的目的。
图5(b)示出了压控振荡器的特性，如果把图中u0对应为u90，这时输出为中心频率f0，当电压超前时，得到比u90小的u θ，即图中的u ，将这个电压加到压控振荡器上，使频率下降到f ；反之，当相位滞后时，经异或门鉴相器得到的电压u-θ＞u90，作为u-加到压控振荡器上，使频率上升到f-，这样的负反馈结构就达到锁相的目的。
在一些实施例中，为了降低输入的电网电压，可在分压器101中设置第一电阻r1及第二电阻r2。其中，第一电阻r1及第二电阻r2具有限压及分流作用。
具体地，第一电阻r1的一端与电网的输出端u1，第一电阻r1的另一端、第二电阻r2的一端通过第三电阻r3分别与移相电路102的信号输入端连接，第二电阻r2的另一端与公共端gnd连接。
其中，第一电容c1的一端与第一电阻r1及第二电阻r2的一端连接，第一电容c1的另一端与移相电路102的另一信号输入端连接。
电网电压(以220v为例)经第一电阻r1及第二电阻r2衰减后，获得110v的交流电压，并将该电压输出至移相电路102。
在一些实施例中，为了获得相移方波电压，可在移相电路102中设置第一运算放大器a1、第二运算放大器a2、第二电容c2、第四电阻r4、第五电阻r5及第六电阻r6。其中，运算放大器是具有很高放大倍数的电路单元。在实际电路中，通常结合反馈网络共同组成某种功能模块。它是一种带有特殊耦合电路及反馈的放大器，其输出信号可以是输入信号加、减或微分、积分等数学运算的结果。
具体地，第一运算放大器a1的同相输入端分别与第一电阻r1及第二电阻r2的一端连接，第一运算放大器a1的输出端通过第四电阻r4与第二运算放大器a2的反相输入端连接。
第二电容c2的一端与第一运算放大器a1的同相输入端连接，第二电容c2的另一端与公共端连接。
第二运算放大器a2的同相输入端与第五电阻r5及第六电阻r6的一端连接，第六电阻r6另一端与第二运算放大器a2的输出端连接，其中，第六电阻r6为反馈电阻。
第二运算放大器a2的输出端与比较电路103的第二信号输入端(对应uin2)连接。
第一电阻r1及第二电阻r2输入的正弦波信号经第一运算放大器a1及第二运算放大器a2相移90°后，再输出至比较电路103。
在一些实施例中，为了获得与相移θ成反比的方波电压，可在比较电路103中设置异或门鉴相器or、第七电阻r7。
异或门鉴相器or的第一信号输入端(对应uin1)与ups电源的电压输出端连接，其用于接收ups输出的方波电压。
异或门鉴相器or的第二信号输入端(对应uin2)耦接于第二运算放大器a2的信号输出端，其用于接收相移90°后形成的电压方波。
异或门鉴相器or的信号输出端与平均电路104的信号输入端连接。
具体而言，异或门鉴相器or将输入的两组方波信号进行比较，在其输出端获得频率为100hz且与相移θ成反比的方波电压，并将该比较后获得的方波电压输出至平均电路104。
在一些实施例中，为了将方波电压精确地变为直流电压u0，可在平均电路104中设置第三运算放大器a3、第四运算放大器a4、第五运算放大器a5、第五电容c5、第十二电阻r12、第十三电阻r13、第六电容c6及第七电容c7。
具体地，第三运算放大器a3的同相输入端通过串联的第八电阻r8及第十一电阻r11与异或门鉴相器or的输出端连接，
第三运算放大器a3的反相输入端通过串联的第八电阻r8及第三电容c3与异或门鉴相器or的输出端连接。
第三运算放大器a3的输出端通过第十三电阻r13与第四运算放大器a4的反相输入端，第四运算放大器a4的同相输入端与第五运算放大器a5的同相输入端连接，第四运算放大器a4的输出端通过第十五电阻r15与第五运算放大器a5的反相输入端连接。
其中，第六电容c6的一端与第四运算放大器a4的同相输入端连接。
第七电容c7设于第五运算放大器a5的反相输入端及输出端之间。
第五运算放大器a5的输出端与压控振荡器的信号输入端(对应u0)连接。
异或门鉴相器or的输出的频率为100hz且与相移θ成反比的方波电压经第三运算放大器a3、第四运算放大器a4及第五运算放大器a5组成平均电路104处理后，精确地变为直流电压u0，然后将该直流电压u0加到压控振荡器上，通过这个环节可将相位差控制在±3以内，对应220v的电压瞬间值e3＝umsinθ＝1.414×220×sin3°＝16v。
在一些实施例中，为了提高异或门鉴相器or的安全性，可在电路中设置二极管d1，其具有限压的作用。
具体地，二极管d1的阳极与移相电路102的输出端连接，更为具体地，二极管d1的阳极与第二运算放大器a2的输出端连接。
二极管d1的阴极耦接于比较电路103的第二信号输入端(对应uin2)，更为具体地，二极管d1的阴极耦接于异或门鉴相器or的第二信号输入端(对应uin2)。
第二运算放大器a2的输出的电压信号经二极管d1后输入异或门鉴相器or，再与ups方波电压进行比较。
上面结合附图对本实用新型的实施例进行了描述，但是本实用新型并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本实用新型的启示下，在不脱离本实用新型宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本实用新型的保护之内。
1.一种ups锁相电路，其特征在于，具备：
分压器，其配置于电网的输出端，所述分压器用于衰减所述电网输入的电压；
移相电路，所述移相电路的信号输入端耦接于所述分压器的信号输出端，其用于接收经所述分压器衰减后的所述电压，并将所述电压移相90°；
比较电路，所述比较电路的第一信号输入端与ups电源的电压输出端连接，其用于接收所述ups电源输出的电压信号；
所述比较电路的第二信号输入端耦接于所述移相电路的信号输出端，其用于接收所述移相电路输出的移相电压；
所述比较电路将输入的所述电压信号及所述移相电压进行比较，获得一个方波电压；
平均电路，所述平均电路的信号输入端耦接于所述比较电路的信号输出端；
压控振荡器，所述压控振荡器的信号输入端耦接于所述平均电路的信号输出端，所述平均电路向所述压控振荡器输入所述方波电压，所述方波电压用于控制所述ups电源与所述电网的相位差。
2.根据权利要求1所述的ups锁相电路，其特征在于，
所述分压器包括第一电阻及第二电阻，
所述第一电阻的一端与所述电网的输出端连接，
所述第一电阻的另一端、所述第二电阻的一端分别与所述移相电路的信号输入端连接，
所述第二电阻的另一端与公共端连接。
3.根据权利要求2所述的ups锁相电路，其特征在于，
所述移相电路包括第一运算放大器及第二运算放大器，
所述第一运算放大器的同相输入端分别与所述第一电阻及所述第二电阻的一端连接，
所述第一运算放大器的输出端耦接于所述第二运算放大器的反相输入端，
所述第二运算放大器的输出端与所述比较电路的第二信号输入端连接。
4.根据权利要求3所述的ups锁相电路，其特征在于，
所述比较电路包括异或门鉴相器，
所述异或门鉴相器的第一信号输入端与所述ups电源的电压输出端连接，
所述异或门鉴相器的第二信号输入端耦接于所述第二运算放大器的信号输出端，
所述异或门鉴相器的信号输出端与所述平均电路的信号输入端连接。
5.根据权利要求4所述的ups锁相电路，其特征在于，
所述平均电路包括第三运算放大器、第四运算放大器及第五运算放大器，
所述第三运算放大器的同相输入端及反相输入端分别与所述异或门鉴相器的输出端连接，
所述第三运算放大器的输出端耦接于所述第四运算放大器的反相输入端，
所述第四运算放大器的同相输入端与所述第五运算放大器的同相输入端连接，所述第四运算放大器的输出端与所述第五运算放大器的反相输入端连接，
所述第五运算放大器的输出端与所述压控振荡器的信号输入端连接。
6.根据权利要求1所述的ups锁相电路，其特征在于，
还包括二极管，所述二极管的阳极与所述移相电路的输出端连接，
所述二极管的阴极耦接于所述比较电路的第二信号输入端。
技术总结