專利名稱：不間斷電源系統(tǒng)突加沖擊性負載的動態(tài)切換控制裝置的制作方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及電源系統(tǒng)突加沖擊性負載的動態(tài)切換控制裝置，尤其是不間斷電源系
統(tǒng)突加沖擊性負載的動態(tài)切換控制裝置。
背景技術(shù)：
不間斷供電電源(UPS)越來越廣泛的應用于各種重要負載的供電以及停電保護 中，隨著用戶對電源可靠性要求的不斷提高，對UPS系統(tǒng)突加RCD(整流型)負載、電動機 (感性)負載等沖擊性負載時的瞬時電能質(zhì)量提出了嚴格的要求。 在突加沖擊性負載瞬時保證UPS系統(tǒng)仍輸出標準的正弦電壓不僅是用電客戶的 實際需求，也是UPS電源設計工程師必須解決的難題。 根據(jù)UPS設計準則，逆變器功率模塊能承受的最大電流為額定負載電流的2 3 倍。在UPS系統(tǒng)突加沖擊性負載時，負載電流會達到正常穩(wěn)態(tài)電流的5 7倍。因此根據(jù) UPS設計準則，某一容量的UPS在突加50%以上額定負載容量的沖擊性負載時仍靠逆變供 電，必定引起逆變器功率模塊保護，造成輸出電壓暫降或中斷?，F(xiàn)有的UPS生產(chǎn)廠家應對突 加RCD(整流型)負載、電動機(感性)負載等沖擊性負載產(chǎn)生的沖擊性電流多用增加UPS 容量的方法，即UPS系統(tǒng)在突加沖擊性負載時，UPS仍然工作在逆變狀態(tài)，依靠增大逆變器 功率模塊的容量來抵抗沖擊電流。采用加大UPS容量的辦法應對沖擊性負載，必然會增加 產(chǎn)品成本，降低產(chǎn)品的市場競爭力。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種在不增加設備成本的情況下可以在突加沖擊性負載時 保證負載供電質(zhì)量和UPS系統(tǒng)本身可靠工作的切換控制裝置。 本發(fā)明的不間斷電源系統(tǒng)突加沖擊性負載的動態(tài)切換控制裝置，包括主電路和控 制電路，主電路包括輸入開關、功率因數(shù)校正電路、逆變器、旁路可控硅、LC濾波器、逆變輸 出接觸器和輸出開關，輸入開關的一端接市電電源，另一端依次連接功率因數(shù)校正電路、逆 變器、LC濾波器、逆變輸出接觸器和輸出開關的一端，輸出開關的另一端接負載，旁路可控
硅跨接在輸入開關與功率因數(shù)校正電路的連接端和輸出開關與逆變輸出接觸器的連接端 之間，控制電路包括霍爾電流傳感器、電流濾波器、電流采樣電路、觸點檢測環(huán)節(jié)、接觸器線 圈驅(qū)動環(huán)節(jié)、減法器、比較器、切換順序控制器、P麗驅(qū)動電路和旁路可控硅驅(qū)動電路，霍爾 電流傳感器的一端連接負載，另一端與電流濾波器的輸入端相連，電流濾波器的輸出端與 電流采樣電路的輸入端相連，電流采樣電路輸出端信號io_s送給減法器的正極性輸入端， 減法器的負極性輸入端連接固定電平io—ref，減法器的輸出端連接比較器的輸入端，比較 器的輸出端與切換順序控制器的第一個輸入端相連，觸點檢測環(huán)節(jié)的輸入端與逆變輸出接 觸器的輔助觸點相連，觸點檢測環(huán)節(jié)的輸出端與切換順序控制器的第二個輸入端相連，接 觸器線圈驅(qū)動環(huán)節(jié)的輸入端與切換順序控制器的第一個輸出端連接，接觸器線圈驅(qū)動環(huán)節(jié) 的輸出端與逆變輸出接觸器的線圈相連，切換順序控制器的第二個輸出端與P麗驅(qū)動電路的使能端連接，P麗驅(qū)動電路為逆變器的開關管提供P麗驅(qū)動信號，切換順序控制器的第三 個輸出端與旁路可控硅驅(qū)動電路的使能端連接，旁路可控硅驅(qū)動電路為旁路可控硅提供驅(qū) 動信號。 本發(fā)明的不間斷電源系統(tǒng)突加沖擊性負載的動態(tài)切換控制裝置，能在不增加設備 成本的情況下，通過控制電路實現(xiàn)主電路瞬時快速切換，有效地解決UPS系統(tǒng)突加沖擊性 負載時輸出電壓的暫降或電壓中斷問題。


圖1是本發(fā)明裝置原理圖； 圖2是切換順序控制器切換順序圖。
具體實施例方式
參照圖l，本發(fā)明的不間斷電源系統(tǒng)突加沖擊性負載的動態(tài)切換控制裝置，包括主 電路和控制電路，主電路包括輸入開關2、功率因數(shù)校正電路3、逆變器4、旁路可控硅5、 LC 濾波器6、逆變輸出接觸器7和輸出開關8，輸入開關2的一端接市電電源1，另一端依次連 接功率因數(shù)校正電路3、逆變器4、 LC濾波器6、逆變輸出接觸器7和輸出開關8的一端，輸 出開關8的另一端接負載9，旁路可控硅5跨接在輸入開關2與功率因數(shù)校正電路3的連接 端和輸出開關8與逆變輸出接觸器7的連接端之間，控制電路包括霍爾電流傳感器10、電流 濾波器11、電流采樣電路12、觸點檢測環(huán)節(jié)13、接觸器線圈驅(qū)動環(huán)節(jié)14、減法器15、比較器 16、切換順序控制器17、P麗驅(qū)動電路18和旁路可控硅驅(qū)動電路19，霍爾電流傳感器10的 一端連接負載9，另一端與電流濾波器11的輸入端相連，電流濾波器11的輸出端與電流采 樣電路12的輸入端相連，電流采樣電路12輸出端信號io_s送給減法器15的正極性輸入 端，減法器15的負極性輸入端連接固定電平io—ref，減法器15的輸出端連接比較器16的 輸入端，比較器16的輸出端與切換順序控制器17的第一個輸入端相連，觸點檢測環(huán)節(jié)13 的輸入端與逆變輸出接觸器7的輔助觸點相連，觸點檢測環(huán)節(jié)13的輸出端與切換順序控制 器17的第二個輸入端相連，接觸器線圈驅(qū)動環(huán)節(jié)14的輸入端與切換順序控制器17的第一 個輸出端連接，接觸器線圈驅(qū)動環(huán)節(jié)14的輸出端與逆變輸出接觸器7的線圈相連，切換順 序控制器17的第二個輸出端與P麗驅(qū)動電路18的使能端連接，P麗驅(qū)動電路18為逆變器 4的開關管提供P麗驅(qū)動信號，切換順序控制器17的第三個輸出端與旁路可控硅驅(qū)動電路 19的使能端連接，旁路可控硅驅(qū)動電路19為旁路可控硅5提供驅(qū)動信號。
在本發(fā)明裝置的控制電路中，霍爾電流傳感器用來變換輸出電流，使變換后電流 等級和后面的電流采樣電路相匹配。電流濾波器用來濾除采樣信號中的高頻成分。電流采 樣電路用來做A/D轉(zhuǎn)換，一個開關周期采樣一次(開關周期是指逆變器的開關管由導通狀 態(tài)變?yōu)閿嚅_狀態(tài)的時間)。減法器用來比較輸出電流采樣值和給定基準值。比較器用來把 輸出電流采集值和給定基準值的差值與數(shù)值零進行比較，當差值大于零時輸出高電平給順 序切換控制器。觸點檢測環(huán)節(jié)用來檢測逆變輸出接觸器輔助觸點的通、斷狀態(tài)。P麗驅(qū)動電 路用來為逆變器的功率開關管提供P麗信號，在切換順序控制器發(fā)出的控制信號作用下可 以使能或禁止P麗。旁路可控硅驅(qū)動電路為旁路可控硅提供驅(qū)動信號，在切換順序控制器 作用下可以使能或禁止旁路可控硅。接觸器線圈驅(qū)動環(huán)節(jié)用來為接觸器線圈提供+24V電源，在切換順序控制器作用下可以使接觸器線圈上電或斷電。電流濾波器、電流采樣電路、 減法器、比較器、接觸器線圈驅(qū)動環(huán)節(jié)、P麗驅(qū)動電路和旁路可控硅驅(qū)動電路可以采用相應 的運算放大器電路來實現(xiàn)。電流濾波器、電流采樣電路、減法器、比較器也可以由數(shù)字信號 處理器或單片機(MCU)的軟件實現(xiàn)。切換順序控制器用來控制UPS系統(tǒng)逆變和旁路之間的 切換順序(切換順序如圖2所示)，每個開關周期(開關周期是指逆變器的開關管由導通 狀態(tài)變?yōu)閿嚅_狀態(tài)的時間)讀取一次比較器送來的信號，當連續(xù)三個開關周期均接收到高 電平時，切換順序控制器發(fā)信號給旁路可控硅驅(qū)動電路，關旁路，同時發(fā)信號給接觸器線圈 驅(qū)動環(huán)節(jié)使接觸器線圈失電。當接收到觸點斷開的信號(來自觸點檢測環(huán)節(jié))時，發(fā)信號 給P麗驅(qū)動電路，封鎖P麗脈沖關逆變。切換順序控制器可以由數(shù)字信號處理器或單片機 (MCU)實現(xiàn)。 本發(fā)明的不間斷電源系統(tǒng)突加沖擊性負載的動態(tài)切換控制裝置通過霍爾電流傳 感器、電流濾波器和電流采樣電路對主電路負載電流進行采樣，把輸出電流采集值io_s和 給定基準值io_ref進行代數(shù)和后送給比較器，給定基準值io_s設定為主電路額定負載電 流的3倍。當在三個開關周期(開關周期是指逆變器的開關管由導通狀態(tài)變?yōu)閿嚅_狀態(tài)的 時間)內(nèi)電流采集值io_s連續(xù)三次大于給定基準值io_ref時，切換順序控制器發(fā)出開旁 路信號送給旁路可控硅驅(qū)動電路，開通主電路旁路可控硅，同時發(fā)出信號給接觸器線圈驅(qū) 動環(huán)節(jié)使接觸器線圈斷電，實現(xiàn)旁路和逆變同時供電；當觸點檢測環(huán)節(jié)檢測到逆變輸出接 觸器觸點斷開時發(fā)信號給切換順序控制器，切換順序控制器發(fā)信號給P麗驅(qū)動電路封鎖脈 沖，實現(xiàn)旁路獨立供電。本發(fā)明通過快速檢測輸出電流瞬時值，把瞬時值和給定基準進行比 較，當滿足條件時立刻開通旁路，實現(xiàn)由逆變供電到旁路和逆變共同供電的快速切換來抵 抗沖擊性電流，能在不增加設備成本的情況下，有效解決輸出電壓的暫降或電壓中斷問題。
切換順序控制器用來控制UPS系統(tǒng)逆變和旁路之間的切換順序，如圖2所示，其中 圖2(a)是P麗使能信號圖，圖2(b)是逆變輸出接觸器線圈狀態(tài)圖，圖2(c)是旁路可控硅 驅(qū)動使能信號圖，圖2(d)是逆變輸出接觸器觸點狀態(tài)圖。 0 t0時間段主電路工作在逆變狀態(tài)，此時逆變器4的P麗使能信號為1 (高電 平)，逆變輸出接觸器線圈狀態(tài)為1 (逆變輸出接觸器線圈通電)，旁路雙向可控硅使能信號 為O，旁路雙向可控硅關斷，逆變輸出接觸器觸點狀態(tài)為O，逆變輸出接觸器閉合。
tO時刻，控制電路檢測到在三個開關周期內(nèi)電流采集值連續(xù)三次大于給定基準值 時，切換順序控制器發(fā)出使能信號給旁路可控硅驅(qū)動電路，旁路可控硅驅(qū)動信號變?yōu)? (高 電平)，立刻開通主電路的旁路可控硅，同時發(fā)出信號給接觸器線圈驅(qū)動環(huán)節(jié)，使接觸器線 圈斷電，逆變輸出接觸器線圈狀態(tài)由1變?yōu)? (低電平)，實現(xiàn)旁路和逆變同時供電。
t0 tl時間段，是旁路和逆變同時供電狀態(tài)。 tl時刻，觸點檢測環(huán)節(jié)檢測到逆變輸出接觸器的觸點斷開，逆變輸出接觸器觸點 狀態(tài)為1 (觸點斷開)，切換順序控制器發(fā)出信號給P麗驅(qū)動電路封鎖脈沖，P麗使能信號變 為0(低電平)實現(xiàn)主電路的旁路獨立供電。從而完成突加沖擊性負載時UPS系統(tǒng)的瞬時 快速切換。
權(quán)利要求
不間斷電源系統(tǒng)突加沖擊性負載的動態(tài)切換控制裝置，其特征是包括主電路和控制電路，主電路包括輸入開關(2)、功率因數(shù)校正電路(3)、逆變器(4)、旁路可控硅(5)、LC濾波器(6)、逆變輸出接觸器(7)和輸出開關(8)，輸入開關(2)的一端接市電電源(1)，另一端依次連接功率因數(shù)校正電路(3)、逆變器(4)、LC濾波器(6)、逆變輸出接觸器(7)和輸出開關(8)的一端，輸出開關(8)的另一端接負載(9)，旁路可控硅(5)跨接在輸入開關(2)與功率因數(shù)校正電路(3)的連接端和輸出開關(8)與逆變輸出接觸器(7)的連接端之間，控制電路包括霍爾電流傳感器(10)、電流濾波器(11)、電流采樣電路(12)、觸點檢測環(huán)節(jié)(13)、接觸器線圈驅(qū)動環(huán)節(jié)(14)、減法器(15)、比較器(16)、切換順序控制器(17)、PWM驅(qū)動電路(18)和旁路可控硅驅(qū)動電路(19)，霍爾電流傳感器(10)的一端連接負載(9)，另一端與電流濾波器(11)的輸入端相連，電流濾波器(11)的輸出端與電流采樣電路(12)的輸入端相連，電流采樣電路(12)輸出端信號io_s送給減法器(15)的正極性輸入端，減法器(15)的負極性輸入端連接固定電平io_ref，減法器(15)的輸出端連接比較器(16)的輸入端，比較器(16)的輸出端與切換順序控制器(17)的第一個輸入端相連，觸點檢測環(huán)節(jié)(13)的輸入端與逆變輸出接觸器(7)的輔助觸點相連，觸點檢測環(huán)節(jié)(13)的輸出端與切換順序控制器(17)的第二個輸入端相連，接觸器線圈驅(qū)動環(huán)節(jié)(14)的輸入端與切換順序控制器(17)的第一個輸出端連接，接觸器線圈驅(qū)動環(huán)節(jié)(14)的輸出端與逆變輸出接觸器(7)的線圈相連，切換順序控制器(17)的第二個輸出端與PWM驅(qū)動電路(18)的使能端連接，PWM驅(qū)動電路(18)為逆變器(4)的開關管提供PWM驅(qū)動信號，切換順序控制器(17)的第三個輸出端與旁路可控硅驅(qū)動電路(19)的使能端連接，旁路可控硅驅(qū)動電路(19)為旁路可控硅(5)提供驅(qū)動信號。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的不間斷電源系統(tǒng)突加沖擊性負載的動態(tài)切換控制裝置，其特 征是切換順序控制器(17)為數(shù)字信號處理器或為單片機。
全文摘要
本發(fā)明公開的不間斷電源系統(tǒng)突加沖擊性負載的動態(tài)切換控制裝置，包括主電路和控制電路，控制電路包括霍爾電流傳感器、電流濾波器、電流采樣電路、觸點檢測環(huán)節(jié)、接觸器線圈驅(qū)動環(huán)節(jié)、減法器、比較器、切換順序控制器、PWM驅(qū)動電路和旁路可控硅驅(qū)動電路，當在三個開關周期內(nèi)電流采集值連續(xù)三次大于給定基準值時，切換順序控制器發(fā)出信號開通旁路可控硅，同時發(fā)出信號使接觸器線圈斷電，實現(xiàn)主電路旁路和逆變同時供電；當觸點檢測環(huán)節(jié)檢測到接觸器觸點斷開時，切換順序控制器發(fā)信號封鎖PWM脈沖，實現(xiàn)主電路旁路獨立供電。本發(fā)明能在不增加設備成本的情況下實現(xiàn)不間斷電源突加沖擊性負載時瞬時快速切換，可以有效解決輸出電壓的暫降或電壓中斷問題。
文檔編號H02J9/06GK101697428SQ200910154439
公開日2010年4月21日 申請日期2009年10月27日 優(yōu)先權(quán)日2009年10月27日
發(fā)明者于瑋, 何國鋒, 徐德鴻 申請人:浙江大學;