在線式不間斷電源拓?fù)涞闹谱鞣椒?br> 【專利摘要】本發(fā)明涉及在線式不間斷電源拓?fù)?。單相拓?fù)浒?、輔回路。主回路功率變換級包含并聯(lián)在正負(fù)母線間的第一至第四支路，第一支路由第一、第二二極管串聯(lián)構(gòu)成，第二支路由第二、第三電容器串聯(lián)構(gòu)成，第一開關(guān)連接在第一、第二支路中間節(jié)點(diǎn)之間，第三支路由第三開關(guān)、第五電容器、第六電容器、第四開關(guān)串聯(lián)構(gòu)成，第二支路中間節(jié)點(diǎn)與第五、第六電容器之間節(jié)點(diǎn)共同接地，第四支路由第五、第六開關(guān)串聯(lián)構(gòu)成，第二開關(guān)連接在第二、第四支路中間節(jié)點(diǎn)之間，第三、第四開關(guān)分別具有并聯(lián)的第三、第四二極管。輔回路充電器輸入端連接到不間斷電源交流輸入端或正負(fù)母線，DC/DC轉(zhuǎn)換器的輸出端連接到第三開關(guān)與第五電容器之間節(jié)點(diǎn)以及第六電容器與第四開關(guān)之間節(jié)點(diǎn)。
【專利說明】在線式不間斷電源拓?fù)?br> 【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及開關(guān)電源領(lǐng)域，具體而言，涉及在線式不間斷電源(UPS)。
【背景技術(shù)】
[0002]不間斷電源(UPS)是一種向負(fù)載提供不間斷、優(yōu)質(zhì)、可靠的交流電能，并具有實(shí)時(shí)保護(hù)和監(jiān)測監(jiān)控供電狀態(tài)功能的供電設(shè)備，對改善供電質(zhì)量、保證設(shè)備正常運(yùn)行有著重要的作用。從電路結(jié)構(gòu)、不間斷供電方式的角度劃分，UPS主要分為后備式和在線式兩大類。
[0003]圖1示意性地示出了傳統(tǒng)的在線式UPS的配置框圖。當(dāng)市電供電正常時(shí)，輸入的交流電壓經(jīng)整流和濾波后變?yōu)橹绷麟妷海苯域?qū)動(dòng)逆變器向負(fù)載供電，同時(shí)對蓄電池進(jìn)行充電。逆變器輸出穩(wěn)壓穩(wěn)頻的交流輸出電壓供給負(fù)載。當(dāng)市電不正?；蛑袛鄷r(shí)，逆變器將電池提供的直流電壓變換為交流電壓供給負(fù)載，從而實(shí)現(xiàn)不間斷供電。
[0004]基于在線式UPS概念，已經(jīng)開發(fā)出多種電路拓?fù)浜涂刂品椒?。傳統(tǒng)的在線式UPS的一種拓?fù)淙鐖D2所示，其包含兩級功率變換，即功率因數(shù)校正(PFC)級和逆變器級。由于存在兩級功率變換，受現(xiàn)有的半導(dǎo)體和磁性材料技術(shù)的限制，總的轉(zhuǎn)換效率難以進(jìn)一步提高。例如，如果兩個(gè)功率變換級均被最優(yōu)化為獲得98%的效率，整體效率下降到96%左右。盡管該UPS拓?fù)浒_通旁路開關(guān)而關(guān)閉功率變換級的、高效率的旁路模式，但是，這種模式的運(yùn)行條件受到很多因素的限制，過于依賴輸入市電的質(zhì)量。
[0005]在線式UPS仍存在改進(jìn)空間。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的在于提供一種新型在線式UPS拓?fù)?，以提高UPS在線模式的轉(zhuǎn)換效率。通過巧妙的母線電容配置方式和新穎的控制方式，以交流母線電壓代替?zhèn)鹘y(tǒng)的直流母線電壓，并使同一時(shí)刻至多只有一個(gè)功率轉(zhuǎn)換級工作在高頻開關(guān)狀態(tài)，而其它功率轉(zhuǎn)換器僅在工頻周期的過零點(diǎn)上進(jìn)行切換，從而實(shí)現(xiàn)高效率的在線式UPS。同時(shí)，本發(fā)明的新型在線式UPS拓?fù)溥€可保留傳統(tǒng)UPS的兩級變換工作模式(雙轉(zhuǎn)換模式)、電池工作模式以及旁路工作模式。
[0007]根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施方式，一種單相在線式不間斷電源拓?fù)浒鞴β驶芈放c輔功率回路，其中，主功率回路由輸入級、功率變換級以及輸出級依次連接構(gòu)成，輔功率回路由充電器、電池以及DC/DC轉(zhuǎn)換器依次連接構(gòu)成。主功率回路的輸入級包含第一電容器與第一電感器。主功率回路的功率變換級包含并聯(lián)連接在正負(fù)母線之間的第一至第四串聯(lián)支路。第一串聯(lián)支路由第一二極管與第二二極管串聯(lián)構(gòu)成，第二串聯(lián)支路由第二電容器與第三電容器串聯(lián)構(gòu)成，第一開關(guān)連接在第一串聯(lián)支路的中間節(jié)點(diǎn)與第二串聯(lián)支路的中間節(jié)點(diǎn)之間。第三串聯(lián)支路由第三開關(guān)、第五電容器、第六電容器、第四開關(guān)依次串聯(lián)構(gòu)成，第二串聯(lián)支路的中間節(jié)點(diǎn)與第五、第六電容器之間的節(jié)點(diǎn)共同連接到地，第四串聯(lián)支路由第五開關(guān)與第六開關(guān)串聯(lián)構(gòu)成，第二開關(guān)連接在第二串聯(lián)支路的中間節(jié)點(diǎn)與第四串聯(lián)支路的中間節(jié)點(diǎn)之間，第三開關(guān)與第四開關(guān)分別具有并聯(lián)連接的第三二極管與第四二極管。主功率回路的輸出級包含第二電感器與第四電容器。輔功率回路的充電器的輸入端連接到不間斷電源的交流輸入端或正負(fù)母線。輔功率回路的DC/DC轉(zhuǎn)換器的輸出端連接到第三開關(guān)與第五電容器之間的節(jié)點(diǎn)以及第六電容器與第四開關(guān)之間的節(jié)點(diǎn)。其中，第二電容器、第三電容器的容量實(shí)質(zhì)小于第五電容器、第六電容器的容量。
[0008]在一優(yōu)選實(shí)施例中，第二電容器與第三電容器選自薄膜電容器與陶瓷電容器，第五電容器與第六電容器為電解電容器。
[0009]在一優(yōu)選實(shí)施例中，第二電容器與第三電容器的電容值可在50 ii F以下。
[0010]在一優(yōu)選實(shí)施例中，主功率回路被控制為，在第三開關(guān)與第四開關(guān)被斷開，第五電容器與第六電容器分別經(jīng)由第三二極管與第四二極管預(yù)充電到使得第三二極管與第四二極管截止的電位的情況下，能夠以以下模式運(yùn)行:
[0011](I)升壓模式，其中，第一開關(guān)高頻開關(guān)，第二開關(guān)關(guān)斷，第五開關(guān)與第六開關(guān)以工頻在輸入電壓過零點(diǎn)上開通以及關(guān)斷；
[0012](2)降壓模式，其中，第一開關(guān)關(guān)斷，第二開關(guān)、第五開關(guān)與第六開關(guān)高頻開關(guān)；
[0013](3)導(dǎo)通模式，其中，第一開關(guān)與第二開關(guān)關(guān)斷，第五開關(guān)與第六開關(guān)以工頻在輸入電壓過零點(diǎn)上開通以及關(guān)斷；或
[0014](4)升壓-降壓模式，其中，主功率回路在升壓模式與降壓模式之間進(jìn)行切換。
[0015]在一優(yōu)選實(shí)施例中，主功率回路被控制為:在輸入電壓的一個(gè)周期中，當(dāng)輸入電壓在預(yù)設(shè)的輸出電壓值的容許范圍之內(nèi)時(shí)，以導(dǎo)通模式運(yùn)行；在輸入電壓的一個(gè)周期中，當(dāng)輸入電壓在預(yù)設(shè)的輸出電壓值的容許范圍之外時(shí)，如果輸入電壓的瞬時(shí)值小于預(yù)設(shè)的輸出電壓值，以升壓模式運(yùn)行；如果輸入電壓的瞬時(shí)值大于預(yù)設(shè)的輸出電壓值，以降壓模式運(yùn)行；如果輸入電壓的瞬時(shí)值有時(shí)小于、有時(shí)大于預(yù)設(shè)的輸出電壓值，以升壓-降壓模式運(yùn)行。
[0016]在一優(yōu)選實(shí)施例中，主功率回路被控制為:如果輸入電壓波形畸變在容許范圍內(nèi)，以高頻進(jìn)行開關(guān)的相應(yīng)的開關(guān)的驅(qū)動(dòng)信號的占空比在輸入電壓的一個(gè)周期中保持不變。
[0017]在一優(yōu)選實(shí)施例中，主功率回路被控制為，在第三開關(guān)與第四開關(guān)開通的情況下，第一至第三串聯(lián)支路構(gòu)成功率因數(shù)校正級，第四串聯(lián)支路構(gòu)成逆變器級。
[0018]在一優(yōu)選實(shí)施例中，第三二極管與第四二極管可以為第三開關(guān)與第四開關(guān)自身的體二極管，或者，也可以為與第三開關(guān)、第四開關(guān)分立的二極管。
[0019]本發(fā)明的UPS拓?fù)浜涂刂品椒ㄒ策m用于兩相或三相在線式UPS，特別是具有共用電池組的三相UPS系統(tǒng)。在根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施方式的兩相或三相在線式不間斷電源拓?fù)渲校恳幌喟缟纤龅闹鞴β驶芈放c輔功率回路。
[0020]在一優(yōu)選實(shí)施例中，輔功率回路在各相之間共用。
[0021]根據(jù)本發(fā)明的新型在線式UPS可具有四種運(yùn)行模式:(1)高效率運(yùn)行模式；(2)雙轉(zhuǎn)換模式；(3)電池模式；以及，(4)視情況可選的旁路模式。其中，高效率運(yùn)行模式為本發(fā)明所特有，并且，本發(fā)明還可保留傳統(tǒng)在線式UPS的雙轉(zhuǎn)換模式、電池模式，甚至保留旁路模式。當(dāng)輸入AC電壓不存在中斷或嚴(yán)重畸變時(shí)，在線式UPS可以以高效率運(yùn)行模式運(yùn)行，當(dāng)存在輸入AC電力中斷或大到一定程度的畸變時(shí)，在線式UPS可以以電池模式或雙轉(zhuǎn)換模式運(yùn)行。相比于從旁路模式到雙轉(zhuǎn)換模式或電池模式的轉(zhuǎn)換，從本發(fā)明的高效率運(yùn)行模式到雙轉(zhuǎn)換模式或電池模式的轉(zhuǎn)換更為迅速、無縫，且輸出無中斷。【專利附圖】

【附圖說明】
[0022]參照附圖，由下面給出的對優(yōu)選實(shí)施例的詳細(xì)介紹，將會(huì)明了本發(fā)明的這些以及其他目的、特征和優(yōu)點(diǎn)，在附圖中:
[0023]圖1為傳統(tǒng)的在線式UPS的示意性配置框圖；
[0024]圖2為傳統(tǒng)的在線式UPS的一種拓?fù)洌?br> [0025]圖3為根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的三相在線式UPS拓?fù)洌?br> [0026]圖4為根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的單相在線式UPS拓?fù)洌?br> [0027]圖5 (A) - (C)分別為根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的單相在線式UPS在升壓模式下的輸入與輸出電壓波形、電流導(dǎo)通路徑以及控制框圖；
[0028]圖6 (A) - (C)分別為根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的單相在線式UPS在降壓模式下的輸入與輸出電壓波形、電流導(dǎo)通路徑以及控制框圖；
[0029]圖7 (A) - (C)分別為根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的單相在線式UPS在導(dǎo)通模式下的輸入與輸出電壓波形、電流導(dǎo)通路徑以及控制框圖；以及
[0030]圖8為根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的單相在線式UPS在升壓-降壓模式下的輸入與輸出電壓波形。
【具體實(shí)施方式】
[0031]下面將參照附圖詳細(xì)介紹用于實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式。
[0032]圖3和圖4分別示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的三相以及單相在線式UPS拓?fù)?。為簡化起見，下面針對單相UPS應(yīng)用進(jìn)行介紹，然而，所有結(jié)果同樣適用于三相或兩相UPS應(yīng)用。
[0033]如圖4所示，單相在線式不間斷電源拓?fù)淇砂鞴β驶芈?、輔功率回路以及視情況可選的旁路回路。主功率回路由輸入級、功率變換級以及輸出級依次連接構(gòu)成。主功率回路的輸入級包含第一電容器Cl與第一電感器LI。主功率回路的功率變換級包含并聯(lián)連接在正負(fù)母線+BUS、-BUS之間的第一至第四串聯(lián)支路。第一串聯(lián)支路由第一二極管Dl與第二二極管D2串聯(lián)構(gòu)成，第二串聯(lián)支路由第二電容器C2與第三電容器C3串聯(lián)構(gòu)成，第一開關(guān)SI連接在第一串聯(lián)支路的中間節(jié)點(diǎn)與第二串聯(lián)支路的中間節(jié)點(diǎn)之間。第三串聯(lián)支路由第三開關(guān)S3、第五電容器C5、第六電容器C6、第四開關(guān)S4依次串聯(lián)構(gòu)成，第二串聯(lián)支路的中間節(jié)點(diǎn)與第五、第六電容器C5、C6之間的節(jié)點(diǎn)共同連接到地，第四串聯(lián)支路由第五開關(guān)S5與第六開關(guān)S6串聯(lián)構(gòu)成，第二開關(guān)S2連接在第二串聯(lián)支路的中間節(jié)點(diǎn)與第四串聯(lián)支路的中間節(jié)點(diǎn)之間。第三開關(guān)S3與第四開關(guān)S4分別具有并聯(lián)連接的第三二極管D3與第四二極管D4，用于在第三開關(guān)S3與第四開關(guān)S4關(guān)斷時(shí)對第五電容器C5與第六電容器C6的預(yù)充電。主功率回路的輸出級包含第二電感器L2與第四電容器C4。
[0034]輔功率回路由充電器、電池以及DC/DC轉(zhuǎn)換器依次連接構(gòu)成，其中，充電器、電池以及DC/DC轉(zhuǎn)換器的配置與現(xiàn)有技術(shù)中的類似，在此省略對其的詳細(xì)介紹。DC/DC轉(zhuǎn)換器的輸出端連接到第三開關(guān)S3與第五電容器C5之間的節(jié)點(diǎn)以及第六電容器C6與第四開關(guān)S4之間的節(jié)點(diǎn)。
[0035]視情況可選地，根據(jù)本發(fā)明的新型在線式UPS可包含旁路回路，用于實(shí)現(xiàn)旁路運(yùn)行。旁路回路的配置與現(xiàn)有技術(shù)中的類似，在此省略對其的詳細(xì)介紹。[0036]圖4所示的單相UPS拓?fù)渑c傳統(tǒng)拓?fù)涞膮^(qū)別之一在于母線電容的配置。在傳統(tǒng)的UPS中，直流母線上直接安裝大容量的電解電容器以濾除交流電壓并進(jìn)行儲(chǔ)能。形成對比的是，在本發(fā)明中，母線+BUS、-BUS上的第二、第三電容器C2、C3為容量相對較小的電容器，其可以不使用電解電容器，而分別采用單個(gè)的薄膜電容器或陶瓷電容器，或者可以分別由兩個(gè)以上的薄膜電容器或陶瓷電容器并聯(lián)構(gòu)成；同時(shí)，容量相對較大的電容器C5、C6分別經(jīng)由開關(guān)S3、S4連接到母線+BUS、-BUS，其可以分別為單個(gè)的電解電容器，或者可以分別由兩個(gè)以上的電解電容器并聯(lián)構(gòu)成。第二、第三電容器C2、C3的容量一般可在50 ii F以下，取決于實(shí)際的高頻開關(guān)頻率；而第五、第六電容器C5、C6的容量一般為幾百U F或者更大。借助這種配置，用母線上的小容量電容器C2、C3濾除高頻開關(guān)紋波，在母線+BUS、-BUS上產(chǎn)生交流母線電壓。
[0037]開關(guān)S3、S4分別并聯(lián)有方向如圖中所示的二極管D3、D4。借助對開關(guān)S3、S4的控制，可以使本發(fā)明的在線式UPS以高效率模式運(yùn)行。在高效率模式下，首先，連接電解電容器C5、C6的開關(guān)S3、S4關(guān)斷，電解電容器C5、C6分別經(jīng)由二極管D3、D4預(yù)充電，然后進(jìn)入高效率運(yùn)行模式。在連接電解電容器C5、C6的開關(guān)S3、S4開通時(shí)，UPS可以以傳統(tǒng)的雙轉(zhuǎn)換模式或者電池模式運(yùn)行。
[0038]圖4中的S1-S6可以是機(jī)械開關(guān)或MOSFET、IGBT等本領(lǐng)域常用的開關(guān)器件，濾波部件L1、L2、Cl、C4在器件選擇和參數(shù)選擇上與傳統(tǒng)UPS中相類似。
[0039]借助在硬件結(jié)構(gòu)上對傳統(tǒng)在線式UPS的上述改動(dòng)，通過控制方式上的軟件更新，可以以低成本實(shí)現(xiàn)本發(fā)明提出的新型在線式UPS。根據(jù)本發(fā)明的新型在線式UPS的控制和運(yùn)行方式將在下面參照圖5-8進(jìn)行介紹。
[0040]當(dāng)開關(guān)器件S3、S4開通時(shí)，本發(fā)明的在線式UPS的結(jié)構(gòu)和運(yùn)行與現(xiàn)有技術(shù)的UPS沒有實(shí)質(zhì)性區(qū)別；僅當(dāng)開關(guān)器件S3、S4關(guān)斷的情況下，進(jìn)入本發(fā)明特有的高效率運(yùn)行模式。經(jīng)由二極管D3、D4，電解電容器C5、C6上的電壓被預(yù)充電到節(jié)點(diǎn)A、B的半波正弦的最大值(峰值)，此后，電解電容器C5、C6維持這個(gè)最大電壓值，二極管D3、D4截止而不再導(dǎo)通電流。
[0041]在高效率運(yùn)行模式下，存在四種可能的運(yùn)行狀態(tài):
[0042][第一種]升壓模式
[0043]當(dāng)輸入AC電壓低于預(yù)定輸出電壓值時(shí)，進(jìn)入升壓模式。這種運(yùn)行模式下的輸入、輸出電壓波形如圖5 (A)所示，電流導(dǎo)通路徑如圖5 (B)所示,控制框圖如圖5 (C)所示。
[0044]在升壓模式中，第一開關(guān)SI高頻開關(guān)，第二開關(guān)S2關(guān)斷，第五開關(guān)S5、第六開關(guān)S6以工頻在輸入電壓過零點(diǎn)上開通以及關(guān)斷。
[0045]可見，升壓模式下的主功率回路包含兩級，第一級實(shí)現(xiàn)整流/升壓功能，第二級進(jìn)行轉(zhuǎn)換。具體而言，第一級將輸入市電電壓升高到期望的輸出電壓值，并且在輸入電壓含有諧波的情況下濾除諧波電壓，分別在+/-BUS上產(chǎn)生正負(fù)半波正弦電壓，由于C2、C3可能不能完全濾除高頻開關(guān)紋波電流，+/-BUS上的正負(fù)半波正弦電壓可能含有少許高頻開關(guān)頻率諧波。第二級將+/-BUS上的半波正弦電壓轉(zhuǎn)換成正弦交流電壓，并且濾除其中的開關(guān)頻率的諧波，輸出高質(zhì)量的正弦電壓。
[0046][第二種]降壓模式
[0047]當(dāng)輸入AC電壓高于預(yù)定輸出電壓值時(shí)，進(jìn)入降壓模式。這種運(yùn)行模式下的輸入、輸出電壓波形如圖6 (A)所示，電流導(dǎo)通路徑如圖6 (B)所示,控制框圖如圖6 (C)所示。[0048]在降壓模式中，第一開關(guān)SI關(guān)斷，第二開關(guān)S2、第五開關(guān)S5、第六開關(guān)S6高頻開關(guān)。
[0049]可見，降壓模式下的主功率回路包含實(shí)現(xiàn)整流功能的第一級以及實(shí)現(xiàn)降壓/轉(zhuǎn)換功能的第二級。具體而言，第一級中的二極管Dl、D2對輸入市電電壓整流，分別在+/-BUS上產(chǎn)生正負(fù)半波正弦電壓。第二級將+/-BUS上正負(fù)半波正弦電壓降壓到期望的輸出電壓值，并在含有諧波的情況下濾除其中的諧波電壓，轉(zhuǎn)換并輸出高質(zhì)量的正弦電壓。
[0050][第三種]導(dǎo)通模式
[0051]當(dāng)輸入AC電壓在預(yù)定輸出電壓值的容差范圍內(nèi)時(shí)，進(jìn)入導(dǎo)通模式。這種運(yùn)行模式下的輸入、輸出電壓波形如圖7 (A)所示，電流導(dǎo)通路徑如圖7 (B)所示，控制框圖如圖7(C)所示。
[0052]在導(dǎo)通模式中，第一開關(guān)S1、第二開關(guān)S2關(guān)斷，第五開關(guān)S5、第六開關(guān)S6以工頻在輸入電壓過零點(diǎn)上開通以及關(guān)斷。
[0053]可見，導(dǎo)通模式下的主功率回路包含實(shí)現(xiàn)整流功能的第一級以及實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)換功能的第二級。具體而言，第一級中的二極管D1、D2對輸入市電電壓整流，分別在+/-BUS上產(chǎn)生正負(fù)半波正弦電壓。第二級將+/-BUS上的半波正弦電壓轉(zhuǎn)換成正弦交流電壓并輸出。此時(shí)，不存在高頻運(yùn)行的功率級。
[0054][第四種]升壓-降壓模式
[0055]當(dāng)輸入AC電壓時(shí)而高于、時(shí)而低于預(yù)定電壓值，進(jìn)入升壓-降壓模式，此時(shí)，UPS在升壓、降壓兩種模式之間交替往返，輸入、輸出電壓波形如圖8所示。
[0056]升壓-降壓模式下的主功率回路包含:(I)第一級，其在一個(gè)市電工頻周期中，當(dāng)輸入電壓比期望輸出電壓低時(shí)，對輸入電壓進(jìn)行升壓和整流，當(dāng)輸入電壓等于或高于期望輸出電壓時(shí)，只進(jìn)行整流，在+/-BUS上產(chǎn)生正負(fù)半波正弦電壓。(2)第二級:在一個(gè)市電工頻周期中，當(dāng)輸入電壓比期望輸出電壓高時(shí)，對+/-BUS電壓進(jìn)行降壓和變換并輸出，當(dāng)輸入電壓等于或低于期望輸出電壓時(shí)，只進(jìn)行變換輸出。
[0057]由此可見，根據(jù)本發(fā)明的在線式UPS在任一時(shí)刻至多只存在一級以高頻運(yùn)行。當(dāng)交流輸入電壓在預(yù)設(shè)輸出電壓值的容許范圍內(nèi)時(shí)，兩級轉(zhuǎn)換器都工作在工頻頻率，當(dāng)交流輸入電壓偏離了預(yù)設(shè)輸出電壓值的容許范圍時(shí)，至多一個(gè)轉(zhuǎn)換器工作在高頻開關(guān)狀態(tài)，而其余轉(zhuǎn)換器工作在工頻頻率狀態(tài)，使得UPS的運(yùn)行效率大為提高。
[0058]需要說明的是，圖5 (C),6 (C),7 (C)所示的控制框圖只是簡單的功能示意圖，其對本發(fā)明所涉及的某些功能進(jìn)行了圖示，其中，點(diǎn)劃線繪圖表示對應(yīng)部分在當(dāng)前工作狀態(tài)下處于非活動(dòng)狀態(tài)。由這些功能示意圖，本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠通過使用軟件和硬件的組合適當(dāng)?shù)貙?shí)現(xiàn)對本發(fā)明的在線式UPS的控制。關(guān)于控制框圖中的各個(gè)功能模塊，舉例而言，驅(qū)動(dòng)器可以部分地由硬件實(shí)現(xiàn)，電壓、電流采樣部分可以由軟硬件結(jié)合實(shí)現(xiàn)，其它部分可以在軟件中實(shí)現(xiàn)，然而，本發(fā)明并不僅限于此，本領(lǐng)域技術(shù)人員完全可在實(shí)踐本發(fā)明的發(fā)明構(gòu)思時(shí)采用其他的配置方式。
[0059]例如，在本發(fā)明的在線式UPS的控制方式中，首先，可由輸入電壓波形畸變程度來決定使用雙轉(zhuǎn)換模式還是高效率運(yùn)行模式運(yùn)行，如果存在嚴(yán)重畸變，UPS以雙轉(zhuǎn)換模式運(yùn)行，反之，可以采用高效率運(yùn)行模式。高效率運(yùn)行模式下可以接受的畸變程度按照不同的使用環(huán)境而不同，通常可選擇為例如總電壓諧波含量(THDv) ( +/-10%的范圍。[0060]其次，在高效率運(yùn)行模式下，將輸入電壓的瞬時(shí)值與預(yù)設(shè)輸出電壓值進(jìn)行比較，視輸入電壓瞬時(shí)值與預(yù)設(shè)輸出電壓值之間的比較結(jié)果，進(jìn)一步?jīng)Q定以升壓、降壓、導(dǎo)通還是升壓-降壓模式運(yùn)行。這里的升壓、降壓、導(dǎo)通、升壓-降壓模式都是指在一個(gè)工頻周期內(nèi)的工作模式。例如，在一個(gè)工頻周期里面，輸入電壓瞬時(shí)值有時(shí)比預(yù)設(shè)值高，有時(shí)比預(yù)設(shè)值低，那么變換器有時(shí)需要升壓，有時(shí)需要降壓，則選擇升壓-降壓模式。在優(yōu)選實(shí)施例中，預(yù)設(shè)輸出電壓值的容許范圍可選擇為例如+/-10%。
[0061]當(dāng)UPS以高效率運(yùn)行模式下的升壓、降壓、升壓-降壓模式運(yùn)行時(shí)，如果輸入電壓波形畸變在容許范圍內(nèi)(包括純正弦波形或者畸變非常小的情況)，高頻工作的開關(guān)的驅(qū)動(dòng)信號的占空比可在一個(gè)工頻周期內(nèi)不變。
[0062]在傳統(tǒng)的PFC變換器中，為了達(dá)到較高的功率因數(shù)，主要調(diào)節(jié)輸入電流，使其跟蹤輸入電壓的波形和相位。因此，電流控制環(huán)的調(diào)節(jié)速度很快，帶寬比工頻頻率要高很多(10倍以上)，否則達(dá)不到跟蹤輸入電壓的目的。而電壓環(huán)的控制速度比較慢，帶寬小于工頻頻率，目的是濾除輸出直流電壓中的2倍工頻電壓諧波，防止它混入電流環(huán)中造成輸入電流畸變。與此形成對比的是，本發(fā)明采用兩個(gè)控制環(huán)進(jìn)行控制，電壓外環(huán)和電流內(nèi)環(huán)(例如圖5 (C)所不)。在本發(fā)明的變換器中，由于輸出電容器C2、C3的容量很小,對輸入電流產(chǎn)生的非線性影響可以忽略，輸入電流會(huì)自動(dòng)跟蹤輸入電壓，由于主要是快速調(diào)節(jié)輸出電壓的瞬時(shí)值，電壓環(huán)控制帶寬比工頻頻率要高。相對于工頻頻率而言，電壓環(huán)可以快速調(diào)整輸出電壓，以達(dá)到預(yù)設(shè)值的理想輸出波形。
[0063]此外，高頻率模式下，環(huán)路補(bǔ)償器的參數(shù)和傳統(tǒng)模式下的參數(shù)不一樣，這一點(diǎn)在軟件中可以很容易地實(shí)現(xiàn)。
[0064]本發(fā)明的構(gòu)思適用于單相UPS、不使用公共充電器、電池、DC/DC轉(zhuǎn)換器的兩相或三相UPS，同時(shí)也適用于使用公共充電器、電池、DC/DC轉(zhuǎn)換器的兩相和三相UPS。通常，為了簡化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和降低成本，可在相之間使用公共的充電器、電池以及DC/DC轉(zhuǎn)換器。
[0065]盡管參照優(yōu)選實(shí)施例對本發(fā)明的在線式UPS拓?fù)浼捌淇刂七M(jìn)行了介紹，然而，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以明了，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，可對所圖示和介紹的細(xì)節(jié)進(jìn)行多種修改、變型和替代。例如，輔功率回路的充電器的輸入端可以不連接到交流輸入端，而是連接到母線+BUS、-BUS。因此，本發(fā)明的范圍不限于上述具體介紹的實(shí)施方式，而由所附權(quán)利要求書及其所有等價(jià)內(nèi)容的全部廣度限定。
【權(quán)利要求】
1.一種單相在線式不間斷電源拓?fù)?，其包含主功率回路與輔功率回路，所述不間斷電源拓?fù)涞奶卣髟谟? 主功率回路由輸入級、功率變換級以及輸出級依次連接構(gòu)成，輔功率回路由充電器、電池以及DC/DC轉(zhuǎn)換器依次連接構(gòu)成， 其中，主功率回路的輸入級包含第一電容器(Cl)與第一電感器(LI)， 其中，主功率回路的功率變換級包含并聯(lián)連接在正負(fù)母線(+BUS，-BUS)之間的第一至第四串聯(lián)支路，第一串聯(lián)支路由第一二極管(Dl)與第二二極管(D2)串聯(lián)構(gòu)成，第二串聯(lián)支路由第二電容器(C2)與第三電容器(C3)串聯(lián)構(gòu)成，第一開關(guān)(SI)連接在第一串聯(lián)支路的中間節(jié)點(diǎn)與第二串聯(lián)支路的中間節(jié)點(diǎn)之間，第三串聯(lián)支路由第三開關(guān)(S3)、第五電容器(C5)、第六電容器(C6)、第四開關(guān)(S4)依次串聯(lián)構(gòu)成，第二串聯(lián)支路的中間節(jié)點(diǎn)與第五、第六電容器(C5，C6)之間的節(jié)點(diǎn)共同連接到地，第四串聯(lián)支路由第五開關(guān)(S5)與第六開關(guān)(S6)串聯(lián)構(gòu)成，第二開關(guān)(S2)連接在第二串聯(lián)支路的中間節(jié)點(diǎn)與第四串聯(lián)支路的中間節(jié)點(diǎn)之間，第三開關(guān)(S3)與第四開關(guān)(S4)分別具有并聯(lián)連接的第三二極管(D3)與第四二極管(D4)， 其中，主功率回路的輸出級包含第二電感器(L2)與第四電容器(C4)， 其中，輔功率回路的充電器的輸入端連接到所述不間斷電源的交流輸入端或正負(fù)母線(+BUS，-BUS)，輔功率回路的DC/DC轉(zhuǎn)換器的輸出端連接到第三開關(guān)(S3)與第五電容器(C5 )之間的節(jié)點(diǎn)以及第六電容器(C6 )與第四開關(guān)(S4 )之間的節(jié)點(diǎn)， 且其中，第二電容器(C2)、第三電容器(C3)的容量實(shí)質(zhì)小于第五電容器(C5)、第六電容器(C6)的容量。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的單相在線式不間斷電源拓?fù)?，其中，第二電容?C2)與第三電容器(C3)選自薄膜電容器與陶瓷電容器，第五電容器(C5)與第六電容器(C6)為電解電容器。`
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2的單相在線式不間斷電源拓?fù)?，其中，第二電容?C2)與第三電容器(C3)的電容值在50 μ F以下。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2的單相在線式不間斷電源拓?fù)?，其中，主功率回路被控制為，在第三開關(guān)(S3)與第四開關(guān)(S4)被斷開，第五電容器(C5)與第六電容器(C6)分別經(jīng)由第三二極管(D3)與第四二極管(D4)預(yù)充電到使得第三二極管(D3)與第四二極管(D4)截止的電位的情況下，能夠以以下模式運(yùn)行: (1)升壓模式，其中，第一開關(guān)(SI)高頻開關(guān)，第二開關(guān)(S2)關(guān)斷，第五開關(guān)(S5)與第六開關(guān)(S6)以工頻在輸入電壓過零點(diǎn)上開通以及關(guān)斷； (2)降壓模式，其中，第一開關(guān)(SI)關(guān)斷，第二開關(guān)(S2)、第五開關(guān)(S5)與第六開關(guān)(S6)聞?lì)l開關(guān)； (3)導(dǎo)通模式，其中，第一開關(guān)(SI)與第二開關(guān)(S2)關(guān)斷，第五開關(guān)(S5)與第六開關(guān)(S6)以工頻在輸入電壓過零點(diǎn)上開通以及關(guān)斷；或 (4)升壓-降壓模式，其中，所述主功率回路在升壓模式與降壓模式之間進(jìn)行切換。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的單相在線式不間斷電源拓?fù)?，其中，主功率回路被控制? 在輸入電壓的一個(gè)周期中，當(dāng)輸入電壓在預(yù)設(shè)的輸出電壓值的容許范圍之內(nèi)時(shí)，以導(dǎo)通模式運(yùn)行； 在輸入電壓的一個(gè)周期中，當(dāng)輸入電壓在預(yù)設(shè)的輸出電壓值的容許范圍之外時(shí)，如果輸入電壓的瞬時(shí)值小于預(yù)設(shè)的輸出電壓值，以升壓模式運(yùn)行；如果輸入電壓的瞬時(shí)值大于預(yù)設(shè)的輸出電壓值，以降壓模式運(yùn)行；如果輸入電壓的瞬時(shí)值有時(shí)小于、有時(shí)大于預(yù)設(shè)的輸出電壓值，以升壓-降壓模式運(yùn)行。
6.根據(jù)權(quán)利要求4的單相在線式不間斷電源拓?fù)?，其中，主功率回路被控制?如果輸入電壓波形畸變在容許范圍內(nèi)，以高頻進(jìn)行開關(guān)的相應(yīng)的開關(guān)的驅(qū)動(dòng)信號的占空比在輸入電壓的一個(gè)周期中保持不變。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或2的單相在線式不間斷電源拓?fù)?，其中，主功率回路被控制為，在第三開關(guān)(S3)與第四開關(guān)(S4)開通的情況下，第一至第三串聯(lián)支路構(gòu)成功率因數(shù)校正級，第四串聯(lián)支路構(gòu)成逆變器級。
8.根據(jù)權(quán)利要求1或2的單相在線式不間斷電源拓?fù)?，其中，第三二極管(D3)與第四二極管(D4)為第三開關(guān)(S3)與第四開關(guān)(S4)自身的體二極管，或者為與第三開關(guān)(S3)、第四開關(guān)(S4)分立的二極管。
9.一種兩相或三相在線式不間斷電源拓?fù)?，其中的每一相包含根?jù)權(quán)利要求1-8中任意一項(xiàng)的主功率回路與輔功率回路。
10.根據(jù)權(quán)利要求 9的兩相或三相在線式不間斷電源拓?fù)洌渲?，輔功率回路在各相之間共用。
【文檔編號】H02M5/40GK103683356SQ201210352113
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2012年9月20日 優(yōu)先權(quán)日:2012年9月20日
【發(fā)明者】陽岳豐, 顧亦磊, 李岳輝 申請人:伊頓制造（格拉斯哥）有限合伙莫爾日分支機(jī)構(gòu)