專(zhuān)利名稱：一種不間斷電源及其控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種不間斷電源，本發(fā)明還涉及一種不間斷電源的控制方法。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有的不間斷電源電路結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜、效率低。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題就是為了克服以上的不足，提出了一種簡(jiǎn) 單的不間斷電源及其控制方法。
本發(fā)明的技術(shù)問(wèn)題通過(guò)以下的技術(shù)方案予以解決 一種不間斷電源， 包括升壓模塊和逆變模塊，在電池模式下所述升壓模塊將電池電壓升壓并 輸出至逆變模塊，所述逆變模塊將接收到的直流電壓信號(hào)逆變成交流信號(hào)， 所述升壓模塊包括依次相連的第一開(kāi)關(guān)管、第二電感、第一二極管、第一 電容、第二電容、第二二極管、第一電感和第二開(kāi)關(guān)管，以及第三開(kāi)關(guān)管 和第四開(kāi)關(guān)管；所述第三開(kāi)關(guān)管源極耦合在所述第一開(kāi)關(guān)管的源極和第二
開(kāi)關(guān)管的漏極之間，所述第三開(kāi)關(guān)管漏極耦合在第二電感和第一二極管陽(yáng) 極之間，所述第四開(kāi)關(guān)管漏極耦合在所述第一開(kāi)關(guān)管的源極和第二開(kāi)關(guān)管
的漏極之間，所述第四開(kāi)關(guān)管源極耦合在第一電感和第二二極管陰極之間； 所述第一開(kāi)關(guān)管漏極耦合在電池正極與第二電感之間，所述第二開(kāi)關(guān)管源 極耦合在電池負(fù)極與第一電感之間。
所述不間斷電源，還包括第一電流互感器和第二電流互感器，所述第 三開(kāi)關(guān)管漏極經(jīng)第一電流互感器的原邊連接在第二電感和第一二極管陽(yáng)極 之間，所述第四開(kāi)關(guān)管源極經(jīng)第二電流互感器的原邊連接在第一電感和第 二二極管陰極之間；所述第一電流互感器和第二電流互感器的副邊分別耦 合至電流采集模塊，所述電流采集模塊與升壓模塊控制器相耦合，所述電 流采集模塊采集流過(guò)第一電感或第二電感上的電流并輸出至升壓模塊控制 器，所述升壓模塊控制器將第一 電感或第二電感上流過(guò)的電流與電流環(huán)給 定進(jìn)行比較再通過(guò)比例控制產(chǎn)生相應(yīng)控制信號(hào)輸出至第四開(kāi)關(guān)管或第三開(kāi) 關(guān)管。一種對(duì)上述不間斷電源的控制方法，判斷逆變模塊的控制器的調(diào)制信 號(hào)是否大于第一預(yù)設(shè)值，如果是則輸出導(dǎo)通信號(hào)至第二開(kāi)關(guān)管、關(guān)斷信號(hào)
至第一開(kāi)關(guān)管；如果否則判斷逆變模塊的控制器的調(diào)制信號(hào)是否小于第二
預(yù)設(shè)值，如果是則輸出導(dǎo)通信號(hào)至第一開(kāi)關(guān)管、關(guān)斷信號(hào)至第二開(kāi)關(guān)管， 如果否則輸出關(guān)斷信號(hào)至第一開(kāi)關(guān)管和第二開(kāi)關(guān)管。
所述控制方法還包括所述第二開(kāi)關(guān)管先于第三開(kāi)關(guān)管開(kāi)通，所述第
三開(kāi)關(guān)管先于第二開(kāi)關(guān)管關(guān)閉；所述第一開(kāi)關(guān)管先于第四開(kāi)關(guān)管開(kāi)通，所
述第四開(kāi)關(guān)管先于第一開(kāi)關(guān)管關(guān)閉。
所述控制方法還包括采集第一電感、第二電感上流過(guò)的電流，將第一 電感或第二電感上流過(guò)的電流與電流環(huán)給定進(jìn)行比較再通過(guò)比例控制產(chǎn)生 相應(yīng)控制信號(hào)輸出至第四開(kāi)關(guān)管或第三開(kāi)關(guān)管，以使第一電感、第二電感 上流過(guò)的電流鎖定在電流環(huán)給定上。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)對(duì)比的有益效果是本發(fā)明的不間斷電源電路結(jié)構(gòu) 簡(jiǎn)單、效率高。本發(fā)明的控制方法可以降低開(kāi)關(guān)管的應(yīng)力，提高電池模式
下整機(jī)效率。


圖1是本發(fā)明具體實(shí)施方式
的不間斷電源的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2是本發(fā)明具體實(shí)施方式
的不間斷電源工作在逆變負(fù)半周電感充電 過(guò)程示意圖3是本發(fā)明具體實(shí)施方式
的不間斷電源工作在逆變負(fù)半周電感放電 過(guò)程示意圖4是本發(fā)明具體實(shí)施方式
的不間斷電源工作在逆變負(fù)正周電感充電 過(guò)程示意圖5是本發(fā)明具體實(shí)施方式
的不間斷電源工作在逆變正半周電感放電 過(guò)程示意圖6是本發(fā)明具體實(shí)施方式
的不間斷電源工作在逆變正半周電感放電 過(guò)程示意圖7是本發(fā)明具體實(shí)施方式
的不間斷電源在電池模式下的控制示意圖。
具體實(shí)施例方式
下面通過(guò)具體的實(shí)施方式并結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。如圖1所示， 一種不間斷電源，包括升壓模塊和逆變模塊，在電池模 式下所述升壓模塊將電池電壓升壓并輸出至逆變模塊，所述逆變模塊將接 收到的直流電壓信號(hào)逆變成交流信號(hào)。所述升壓模塊包括第一開(kāi)關(guān)管Ql、
第二電感L2、第一二極管D1、第一電容C1、第二電容C2、第二二極管 D2、第一電感L1、第二開(kāi)關(guān)管Q2、第三開(kāi)關(guān)管Q3和第四開(kāi)關(guān)管Q4。
如圖l所示，所述第一開(kāi)關(guān)管Q1、第二電感L2、第一二極管D1、第 一電容Cl 、第二電容C2、第二二極管D2、第一電感Ll和第二開(kāi)關(guān)管Q2， 以及第三開(kāi)關(guān)管Q3和第四開(kāi)關(guān)管Q4依次相連。
所述第三開(kāi)關(guān)管Q3源極耦合在所述第一開(kāi)關(guān)管Ql的源極和第二開(kāi)關(guān) 管Q2的漏極之間，所述第三開(kāi)關(guān)管Q3漏極耦合在第二電感L2和第一二 極管D1陽(yáng)極之間，所述第四開(kāi)關(guān)管Q4漏極耦合在所述第一開(kāi)關(guān)管Q1的 源極和第二開(kāi)關(guān)管Q2的漏極之間，所述第四開(kāi)關(guān)管Q4源極耦合在第一電 感L1和第二二極管D2陰極之間。
所述第一開(kāi)關(guān)管Ql漏極耦合在電池正極與第二電感L2之間，所述第 二開(kāi)關(guān)管Q2源極耦合在電池負(fù)極與第一電感L1之間。具體而言，所述第 一開(kāi)關(guān)管Q1漏極經(jīng)第三繼電器RY3、保險(xiǎn)絲F4與電池正極相連，所述第 二開(kāi)關(guān)管Q2源極與電池負(fù)極相連。
如圖1所示，所述不間斷電源還包括第一電流互感器CT1和第二電流 互感器CT2、電流采集模塊和升壓模塊控制器(圖未示)。所述第三開(kāi)關(guān) 管Q3漏極經(jīng)第一電流互感器CT1的原邊連接在第二電感L2和第一二極 管Dl陽(yáng)極之間，所述第四開(kāi)關(guān)管Q4源極經(jīng)第二電流互感器CT2的原邊 連接在第一電感L1和第二二極管D2陰極之間。所述第一電流互感器CT1 的副邊耦合至電流采集模塊，第二電流互感器CT2的副邊也耦合至電流采 集模塊，所述電流采集模塊與升壓模塊控制器相耦合。所述電流采集模塊 采集流過(guò)第一電感Ll或第二電感L2上的電流并輸出至升壓模塊控制器， 所述升壓模塊控制器將第一電感Ll或第二電感L2上流過(guò)的電流與電流環(huán) 給定進(jìn)行比較再通過(guò)比例控制產(chǎn)生相應(yīng)控制信號(hào)輸出至第四開(kāi)關(guān)管Q4或 第三開(kāi)關(guān)管Q3。所述控制信號(hào)為脈寬調(diào)制(Pulse Width Modulation,簡(jiǎn)稱 PWM)信號(hào)，通過(guò)調(diào)節(jié)PWM信號(hào)的占空比，可以改變流過(guò)第一電感L1 或第二電感L2上的電流。
圖1所示的不間斷電源是單相輸出的。逆變模塊單相輸出是為了能夠 使UPS的能量從整流到逆變都比較平穩(wěn)。上述不間斷電源的工作原理如下
如圖2所示，當(dāng)逆變處于負(fù)半周的時(shí)候，第一開(kāi)關(guān)管Q1開(kāi)通，開(kāi)關(guān) 頻率可為100HZ，第四開(kāi)關(guān)管Q4做高頻斬波，當(dāng)?shù)谒拈_(kāi)關(guān)管Q4開(kāi)通時(shí)， 第一電感L1儲(chǔ)能，其電流流向見(jiàn)圖2。
如圖3所示，當(dāng)?shù)谝婚_(kāi)關(guān)管Q1導(dǎo)通，第四開(kāi)關(guān)管Q4關(guān)斷時(shí)，第一電 感L1放電，給負(fù)母線(C2)充電，其電流流向見(jiàn)圖3。
如圖4所示，當(dāng)逆變處于正半周的時(shí)候，第二開(kāi)關(guān)管Q2開(kāi)通，開(kāi)關(guān) 頻率可為100HZ，第三開(kāi)關(guān)管Q3做高頻斬波，當(dāng)?shù)谌_(kāi)關(guān)管Q3導(dǎo)通時(shí)， 第二電感L2儲(chǔ)能，其電流流向如圖4所示。
如圖5所示，當(dāng)?shù)诙_(kāi)關(guān)管Q2導(dǎo)通，第三開(kāi)關(guān)管Q3關(guān)斷時(shí)，第二電 感L2放電，給正母線(Cl)充電，其電流流向如圖5所示
在電池模式下為了維持母線的穩(wěn)定，那么對(duì)第一開(kāi)關(guān)管Q1和第二開(kāi) 關(guān)管Q2的控制就比較重要了。如圖6所示，上述UPS可采用如下控制方 法判斷逆變模塊的控制器的調(diào)制信號(hào)是否大于第一預(yù)設(shè)值a，如果是則 輸出導(dǎo)通信號(hào)至第二開(kāi)關(guān)管Q2、關(guān)斷信號(hào)至第一開(kāi)關(guān)管Q1;如果否則判 斷逆變模塊的控制器的調(diào)制信號(hào)是否小于第二預(yù)設(shè)值-b，如果是則輸出導(dǎo) 通信號(hào)至第一開(kāi)關(guān)管Q1、關(guān)斷信號(hào)至第二開(kāi)關(guān)管Q2，如果否則輸出關(guān)斷 信號(hào)至第一開(kāi)關(guān)管Ql和第二開(kāi)關(guān)管Q2。在圖6中，正弦波是逆變模塊 的控制器的調(diào)制信號(hào)的參考波形。在al a2這段時(shí)間內(nèi)第二開(kāi)關(guān)管Q2 導(dǎo)通、第一開(kāi)關(guān)管Q1關(guān)斷，在bl b2這段時(shí)間內(nèi)Ql導(dǎo)通，第一開(kāi)關(guān)管 Ql導(dǎo)通、第二開(kāi)關(guān)管Q2關(guān)斷，在a2 bl這段時(shí)間自然生成了死區(qū)。
根據(jù)對(duì)UPS工作原理的分析，在逆變的正半周對(duì)應(yīng)的應(yīng)該是由第二 開(kāi)關(guān)管Q2和第三開(kāi)關(guān)管Q3組成的回路；在逆變的負(fù)半周應(yīng)該是由第一 開(kāi)關(guān)管Ql和第四開(kāi)關(guān)管Q4組成的回路。么對(duì)第一開(kāi)關(guān)管Ql和第二開(kāi) 關(guān)管Q2的控制必須和逆變的正負(fù)交替同步，又因?yàn)镼l和Q2是并聯(lián)在 電池正負(fù)兩端的，所以第一開(kāi)關(guān)管Ql和第二開(kāi)關(guān)管Q2是不能直通的， 不然會(huì)短路電池，所以第一開(kāi)關(guān)管Ql和第二開(kāi)關(guān)管Q2之間是要留有死 區(qū)時(shí)間的，但是死區(qū)時(shí)間也不能留的時(shí)間太長(zhǎng)，不然會(huì)影響到逆變波形。 另外，在UPS的工作過(guò)程中，逆變模塊存在鎖相調(diào)節(jié)的過(guò)程，比如， 當(dāng)輸入由市電切換到電池，那么逆變的跟蹤對(duì)象從旁路變成了本振，那么 在逆變鎖相調(diào)整過(guò)程中，為了保持母線的穩(wěn)定，我們選擇了逆變模塊的控 制器的調(diào)制信號(hào)作為第一開(kāi)關(guān)管Ql和第二開(kāi)關(guān)管Q2的控制參考波形。逆變鎖相過(guò)程中，逆變波形的相移比較大，采用本發(fā)明的方法對(duì)第一開(kāi)關(guān)
管Ql和第二開(kāi)關(guān)管Q2的控制，可以保證逆變輸出在整個(gè)鎖相過(guò)程中平 穩(wěn)過(guò)渡，保證輸入和輸出的能量的平衡也不會(huì)引起母線有大的波動(dòng)。
本發(fā)明中，生成死區(qū)，沒(méi)有使用現(xiàn)有技術(shù)的留有固定的延時(shí)時(shí)間的方 法，因?yàn)檫@樣很難保證逆變器在各種工況下的瞬態(tài)變化，我們直接利用正 負(fù)半周門(mén)限值a、 -b，自然生成了死區(qū)。這種死區(qū)雖然會(huì)導(dǎo)致在逆變的過(guò) 零點(diǎn)處沒(méi)有控制波形的發(fā)出，但是這個(gè)時(shí)候，無(wú)論是阻性載還是整流載都 是電流為零或者說(shuō)接近零的時(shí)刻，所以靠母線電容的能量完全可以支撐， 不會(huì)引起逆變波形的失真。
本發(fā)明中，升壓模塊的工作時(shí)序要和逆變時(shí)序相吻合，這能保證整機(jī) 的能量平穩(wěn)的流動(dòng)減小母線紋波以及無(wú)功損耗。
上述UPS還采用如下控制方法
所述第二開(kāi)關(guān)管Q2先于第三開(kāi)關(guān)管Q3開(kāi)通，所述第三開(kāi)關(guān)管Q3 先于第二開(kāi)關(guān)管Q2關(guān)閉；所述第一開(kāi)關(guān)管Ql先于第四開(kāi)關(guān)管Q4開(kāi)通， 所述第四開(kāi)關(guān)管Q4先于第一開(kāi)關(guān)管Ql關(guān)閉。這避免了在第一開(kāi)關(guān)管Ql 和第二開(kāi)關(guān)管Q2兩端產(chǎn)生高壓應(yīng)力，
如圖7所示，上述UPS還采用如下控制方法
采集第一電感L1、第二電感L2上流過(guò)的電流，將第一電感L1或第 二電感L2上流過(guò)的電流與電流環(huán)給定進(jìn)行比較再通過(guò)比例控制產(chǎn)生相應(yīng) 控制信號(hào)輸出至第四開(kāi)關(guān)管Q4或第三開(kāi)關(guān)管Q3，以使第一電感L1、第 二電感L2上流過(guò)的電流鎖定在電流環(huán)給定上。由于第一開(kāi)關(guān)管Ql和第二 開(kāi)關(guān)管Q2之間留有死區(qū)時(shí)間，那么UPS輸出帶滿載的情況下電池電流每 隔一段時(shí)間，就要從額定值變?yōu)榱闳缓箝g隔另一端時(shí)間再變到額定值，在 這種情況下，電池電流會(huì)以工頻周期發(fā)生比較大的畸變，這樣就影響了電 池模式下的整機(jī)效率。本發(fā)明可以避免上述情況、提高UPS在電池模式下 的動(dòng)態(tài)響應(yīng)能力、提高整機(jī)效率。
本發(fā)明對(duì)于提高單組電池在UPS中產(chǎn)生正負(fù)母線的拓?fù)溆兄芎玫?電池電流效果，因?yàn)橐话汜槍?duì)正負(fù)雙極性母線的情況下， 一般會(huì)對(duì)正負(fù)母 線各用一組電池，這樣電池的電流基本就是處于連續(xù)狀態(tài)，但是當(dāng)采用單 組電池的時(shí)候，電池電流就需要人為的加以控制達(dá)到平滑的目的。
以上內(nèi)容是結(jié)合具體的優(yōu)選實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明所作的進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō) 明，不能認(rèn)定本發(fā)明的具體實(shí)施只局限于這些說(shuō)明。對(duì)于本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若 干簡(jiǎn)單推演或替換，都應(yīng)當(dāng)視為屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種不間斷電源，包括升壓模塊和逆變模塊，在電池模式下所述升壓模塊將電池電壓升壓并輸出至逆變模塊，所述逆變模塊將接收到的直流電壓信號(hào)逆變成交流信號(hào)，其特征在于所述升壓模塊包括依次相連的第一開(kāi)關(guān)管(Q1)、第二電感(L2)、第一二極管(D1)、第一電容(C1)、第二電容(C2)、第二二極管(D2)、第一電感(L1)和第二開(kāi)關(guān)管(Q2)，以及第三開(kāi)關(guān)管(Q3)和第四開(kāi)關(guān)管(Q4)；所述第三開(kāi)關(guān)管(Q3)源極耦合在所述第一開(kāi)關(guān)管(Q1)的源極和第二開(kāi)關(guān)管(Q2)的漏極之間，所述第三開(kāi)關(guān)管(Q3)漏極耦合在第二電感(L2)和第一二極管(D1)陽(yáng)極之間，所述第四開(kāi)關(guān)管(Q4)漏極耦合在所述第一開(kāi)關(guān)管(Q1)的源極和第二開(kāi)關(guān)管(Q2)的漏極之間，所述第四開(kāi)關(guān)管(Q4)源極耦合在第一電感(L1)和第二二極管(D2)陰極之間；所述第一開(kāi)關(guān)管(Q1)漏極耦合在電池正極與第二電感(L2)之間，所述第二開(kāi)關(guān)管(Q2)源極耦合在電池負(fù)極與第一電感(L1)之間。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的不間斷電源，其特征在于還包括第一電流互感 器(CT1)和第二電流互感器(CT2)，所述第三開(kāi)關(guān)管(Q3)漏極經(jīng)第一 電流互感器(CT1)的原邊連接在第二電感(L2)和第一二極管(Dl)陽(yáng) 極之間，所述第四開(kāi)關(guān)管(Q4)源極經(jīng)第二電流互感器(CT2)的原邊連 接在第一電感(Ll)和第二二極管(D2)陰極之間；所述第一電流互感器(CT1)和第二電流互感器(CT2)的副邊分別耦合至電流采集模塊，所 述電流采集模塊與升壓模塊控制器相耦合，所述電流采集模塊采集流過(guò)第 一電感(Ll)或第二電感(L2)上的電流并輸出至升壓模塊控制器，所述 升壓模塊控制器將第一電感(Ll)或第二電感(L2)上流過(guò)的電流與電流 環(huán)給定進(jìn)行比較再通過(guò)比例控制產(chǎn)生相應(yīng)控制信號(hào)輸出至第四開(kāi)關(guān)管(Q4)或第三開(kāi)關(guān)管(Q3)。
3. —種對(duì)權(quán)利要求1所述的不間斷電源的控制方法，其特征在于判斷逆 變模塊的控制器的調(diào)制信號(hào)是否大于第一預(yù)設(shè)值，如果是則輸出導(dǎo)通信號(hào) 至第二開(kāi)關(guān)管(Q2)、關(guān)斷信號(hào)至第一開(kāi)關(guān)管(Ql);如果否則判斷逆變模 塊的控制器的調(diào)制信號(hào)是否小于第二預(yù)設(shè)值，如果是則輸出導(dǎo)通信號(hào)至第 一開(kāi)關(guān)管(Ql)、關(guān)斷信號(hào)至第二開(kāi)關(guān)管(Q2)，如果否則輸出關(guān)斷信號(hào)至 第一開(kāi)關(guān)管(Ql)和第二開(kāi)關(guān)管(Q2)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的控制方法，其特征在于所述第二開(kāi)關(guān)管(Q2) 先于第三開(kāi)關(guān)管(Q3)開(kāi)通，所述第三開(kāi)關(guān)管(Q3)先于第二開(kāi)關(guān)管(Q2) 關(guān)閉；所述第一開(kāi)關(guān)管(Ql)先于第四開(kāi)關(guān)管(Q4)開(kāi)通，所述第四開(kāi)關(guān) 管(Q4)先于第一開(kāi)關(guān)管(Ql)關(guān)閉。
5. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的控制方法，其特征在于還包括采集第一電感 (Ll)、第二電感(L2)上流過(guò)的電流，將第一電感(Ll)或第二電感(L2)上流過(guò)的電流與電流環(huán)給定進(jìn)行比較再通過(guò)比例控制產(chǎn)生相應(yīng)控制信號(hào) 輸出至第四開(kāi)關(guān)管(Q4)或第三開(kāi)關(guān)管(Q3)，以使第一電感(Ll)、第 二電感(L2)上流過(guò)的電流鎖定在電流環(huán)給定上。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種不間斷電源及其控制方法，不間斷電源包括升壓模塊和逆變模塊，升壓模塊包括依次相連的第一開(kāi)關(guān)管、第二電感、第一二極管、第一電容、第二電容、第二二極管、第一電感和第二開(kāi)關(guān)管，以及第三開(kāi)關(guān)管和第四開(kāi)關(guān)管；第三開(kāi)關(guān)管源極耦合在第一開(kāi)關(guān)管的源極和第二開(kāi)關(guān)管的漏極之間，第三開(kāi)關(guān)管漏極耦合在第二電感和第一二極管陽(yáng)極之間，第四開(kāi)關(guān)管漏極耦合在第一開(kāi)關(guān)管的源極和第二開(kāi)關(guān)管的漏極之間，第四開(kāi)關(guān)管源極耦合在第一電感和第二二極管陰極之間；第一開(kāi)關(guān)管漏極耦合在電池正極與第二電感之間，第二開(kāi)關(guān)管源極耦合在電池負(fù)極與第一電感之間。本發(fā)明電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、效率高。
文檔編號(hào)H02M3/04GK101567573SQ20091010540
公開(kāi)日2009年10月28日 申請(qǐng)日期2009年2月6日 優(yōu)先權(quán)日2009年2月6日
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