專利名稱：交流電源輸入集成電源裝置及其控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電源技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及交流電源輸入集成電源裝置及其控制方法。
背景技術(shù)：
目前，電源裝置通常用于保障各種用電設(shè)備停電之后繼續(xù)工作一段時間以使用戶能夠緊急處理，使用戶不會因?yàn)橥ｋ姸绊懝ぷ骰騺G失數(shù)據(jù)。電源裝置在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)和通信應(yīng)用中，主要起到兩個作用一是應(yīng)急使用，防止突然斷電而影響正常工作，給系統(tǒng)造成損害；二是消除市電上的電涌、瞬間高電壓、瞬間低電壓、電線噪聲和頻率偏移等“電源污染”，改善電源質(zhì)量，為系統(tǒng)提供高質(zhì)量的電源。電源裝置通常使其逆變器處于工作狀態(tài)，首先通過電路將外部交流電轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷麟?，再通過高質(zhì)量的逆變器將直流電轉(zhuǎn)換為高質(zhì)量的正弦波交流電輸出給負(fù)載。電源裝置在供電時的主要功能是穩(wěn)壓及防止電波干擾；在停電時則使用備用直流電源(蓄電池組) 給逆變器供電。由于逆變器一直在工作，因此不存在切換時間問題，適用于對電源有嚴(yán)格要求的場合。通常地，交流電源輸入電源裝置主要包括AC/DC(交流/直流)變換器(包括功率因數(shù)校正電路PFC)、DC/DC(直流/直流)升壓變換器、逆變器、充電器、系統(tǒng)供電電路和系統(tǒng)控制電路等。如果單獨(dú)設(shè)計(jì)電源裝置的所有部分，那么會增加電源裝置的花費(fèi)和尺寸。所以，本領(lǐng)域技術(shù)人員經(jīng)常將電源裝置的兩個或多個部分集成為一個部分，例如將AC/DC變換器和DC/DC升壓變換器集成為一個部分，這樣，通過共享大部分元件降低了電源裝置的花費(fèi)和尺寸。但是，現(xiàn)有技術(shù)中的電源裝置主要是將AC/DC變換器和DC/DC升壓變換器集成在一起，但是用戶對電子設(shè)備尺寸的要求越來越高，用戶希望電源裝置的尺寸進(jìn)一步減小，所以，現(xiàn)有的集成電源裝置已經(jīng)無法滿足用戶對電源裝置降低成本和尺寸的要求。

發(fā)明內(nèi)容
為了降低電源裝置的成本和尺寸，本發(fā)明提出一種集成電源裝置及其控制方法， 通過集成AC/DC變換器、DC/DC升壓變換器和充電器，能夠進(jìn)一步降低電源裝置的成本和尺寸—種集成電源裝置的控制方法，所述電源裝置包括第一電路和第二電路，所述第一電路包括第一電池和第一總線電容，所述第二電路包括第二電池和第二總線電容，其特征在于，所述方法包括將第一電池和第二電池均連接到與市電N線連接的中性線；當(dāng)?shù)谝浑娐饭ぷ髟趯Φ谝豢偩€電容充電的模式時，使第二電路工作在由第二總線電容對第二電池進(jìn)行充電的工作模式；以及當(dāng)?shù)诙娐饭ぷ髟趯Φ诙偩€電容充電的模式時，使第一電路工作在由第一總線電容對第一電池進(jìn)行充電的工作模式。
其中，當(dāng)集成電源裝置工作在電池模式時，第一電路和第二電路均作為單個升壓電路工作，分別為第一總線電容和第二總線電容充電。其中，其中將第一電池和第二電池均連接到與市電N線連接的中性線具體為將第一電池的正極和第二電池的負(fù)極連接到與市電N線連接的中性線，或者將第一電池的負(fù)極和第二電池的正極連接到與市電N線連接的中性線。一種集成電源裝置，其包括第一電路和第二電路，其特征在于，包括所述第一電路包括第一電池和第一總線電容；所述第二電路包括第二電池和第二總線電容；第一電池和第二電池均連接到與市電N線連接的中性線；其中，當(dāng)?shù)谝浑娐饭ぷ髟趯Φ谝豢偩€電容充電的模式時，第二電路能夠工作在由第二總線電容對第二電池進(jìn)行充電的工作模式；當(dāng)?shù)诙娐饭ぷ髟趯Φ诙偩€電容充電的模式時，第一電路能夠工作在由第一總線電容對第一電池進(jìn)行充電的工作模式。其中，所述第一電池和第二電池均連接到與市電N線連接的中性線具體為第一電池的正極和第二電池的負(fù)極連接到與市電N線連接的中性線，或者第一電池的負(fù)極和第二電池的正極連接到與市電N線連接的中性線。其中，當(dāng)集成電源裝置工作在電池模式時，第一電路和第二電路均作為單個升壓電路工作，分別為第一總線電容和第二總線電容充電。其中，所述第一電路還包括第一晶閘管、第一雙向開關(guān)、第一電感和內(nèi)含二極管的第一和第二功率開關(guān)管；以及所述第二電路還包括第二晶閘管、第二雙向開關(guān)、第二電感和內(nèi)含二極管的第三和第四功率開關(guān)管。其中，所述第一電路的連接關(guān)系為第一晶閘管的陽極連接交流市電的輸入，第一晶閘管的陰極通過第一雙向開關(guān)連接第一電池，第一晶閘管的陰極還連接到第一電感的一端，第一電感的另一端連接到內(nèi)含二極管的第一功率開關(guān)管的集電極和內(nèi)含二極管的第二功率開關(guān)管的發(fā)射極，第一功率開關(guān)管的發(fā)射極連接到市電N線，第二功率開關(guān)管的集電極連接到第一總線電容的正極，第一總線電容的負(fù)極連接到市電N線；所述第二電路的連接關(guān)系為第二晶閘管的陰極連接交流市電的輸入，第二晶閘管的陽極通過第二雙向開關(guān)連接第二電池，第二晶閘管的陽極還連接到第二電感的一端， 第二電感的另一端連接到內(nèi)含二極管的第三功率開關(guān)管的發(fā)射極和內(nèi)含二極管的第四功率開關(guān)管的集電極，第三功率開關(guān)管的集電極連接到市電N線，第四功率開關(guān)管的發(fā)射極連接到第二總線電容的負(fù)極，第二總線電容的正極連接到市電N線。其中，所述第一雙向開關(guān)包括兩條支路，每條支路為二極管和開關(guān)的組合、晶閘管、或者帶內(nèi)建二極管的功率開關(guān)管和二極管的組合中的一個；所述第二雙向開關(guān)包括兩條支路，每條支路為二極管和開關(guān)的組合、晶閘管、或者帶內(nèi)建二極管的功率開關(guān)管和二極管的組合中的一個。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，所述電源裝置可作為提供三相交流電源輸入的電路，所述三相交流電源輸入電路的三個子電路，每個子電路分別在120度的相位內(nèi)單獨(dú)地作為單個升壓電路工作，都為第一總線電容和第二總線電容提供能量；
其中，根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施，當(dāng)任一子電路的第一電路工作在對第一總線電容充電的模式時，三個子電路中的任一子電路的第二電路能夠工作在由第二總線電容對第二電池進(jìn)行充電的工作模式；當(dāng)任一子電路的第二電路工作在對第二總線電容充電的模式時，三個子電路中的任一子電路的第一電路能夠工作在由第一總線電容對第一電池進(jìn)行充電的工作模式。


圖1示出了現(xiàn)有技術(shù)中典型的具有雙升壓拓?fù)涞慕涣鬏敵霾粩嚯婋娫囱b置；圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的集成電源裝置；圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的集成電源裝置在正半周內(nèi)的工作狀態(tài)圖；圖4示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的集成電源裝置在負(fù)半周內(nèi)的工作狀態(tài)圖；圖5示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的電池模式下的集成電源裝置的工作狀態(tài)圖；圖6示出了根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施方式的雙向開關(guān)的示意圖；圖7示出了根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施方式的雙向開關(guān)的示意圖；圖8示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式的應(yīng)用在三相系統(tǒng)中的集成電源裝置；圖9示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的交流輸出不斷電電源裝置。
具體實(shí)施例方式現(xiàn)在參考附圖介紹本發(fā)明的示例性實(shí)施方式，然而，本發(fā)明可以用許多不同的形式來實(shí)施，并且不局限于此處描述的實(shí)施例，提供這些實(shí)施例是為了詳盡地且完全地公開本發(fā)明，并且向所屬技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員充分傳達(dá)本發(fā)明的范圍。對于表示在附圖中的示例性實(shí)施方式中的術(shù)語并不是對本發(fā)明的限定。在附圖中，相同的單元/元件使用相同的附圖標(biāo)記。除非另有說明，此處使用的“一”、“一個”、“所述”和“該”也包括復(fù)數(shù)形式。此外， 應(yīng)當(dāng)理解的是，本說明書中使用的術(shù)語“包括”、“包含”和/或“含有”，指定了一些特征、實(shí)體、步驟、操作、單元、和/或元件，但并不排除一個或多個特征、實(shí)體、步驟、操作、單元、元件和/或有它們組成的組。應(yīng)當(dāng)理解的是，當(dāng)單元被稱為“連接”或“耦合”到另一個單元時，它可以是直接和另一單元連接或耦合，也可以存在中間單元。此外，此處所指的“連接” 或“耦合”包括無線連接或耦合。此處使用的術(shù)語“和/或”包括一個或以上所列相關(guān)項(xiàng)目的任意組合和全部組合。除非另有說明，此處使用的術(shù)語(包括科技術(shù)語)對所屬技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員具有通常的理解含義。另外，可以理解的是，以通常使用的詞典限定的術(shù)語，應(yīng)當(dāng)被理解為與其相關(guān)領(lǐng)域的語境具有一致的含義，而不應(yīng)該被理解為理想化的或過于正式的意義。圖1為現(xiàn)有技術(shù)中典型的具有雙升壓拓?fù)涞慕涣鬏敵霾粩嚯婋娫囱b置。當(dāng)電源裝置的交流(AC)市電輸入正常時，與電池BATll連接的晶閘管(又可稱做可控硅整流器，SCR)Q13截止，由交流市電作為輸入。晶閘管Q11、電感L11、帶內(nèi)建二極管的功率開關(guān)管Q14、整流二極管Dll和電容C+BUS構(gòu)成了交流市電輸入為正半周期時的有源功率因數(shù)校正(APFC)電路，在將交流市電轉(zhuǎn)換成直流正電壓的同時，使得交流市電輸入電流滿足功率因素和諧波的相關(guān)規(guī)定。此外，晶閘管Q12，電感L12，帶內(nèi)建二極管的功率開關(guān)管Q15，整流二極管D12和電容C_BUS構(gòu)成了交流市電輸入為負(fù)半周期時的有源功率因數(shù)校正(APFC)電路，在將交流市電轉(zhuǎn)換成直流負(fù)電壓的同時，使得交流市電輸入電流滿足功率因素和諧波的相關(guān)規(guī)定。當(dāng)電源裝置的交流市電輸入不正常時，需要用電池BATll來供電，晶閘管Qll和晶閘管Q12截止，切斷交流市電輸入。晶閘管Q13導(dǎo)通，由電池BATll供電，電源裝置處于電池供電模式。此時，電感Lll、L12，帶內(nèi)建二極管的功率開關(guān)管Q14、Q15，整流二極管D11、 D12，電容C+BUS和電容C_BUS構(gòu)成了電源裝置的DC/DC變換器，將電池的輸入電壓轉(zhuǎn)換成正負(fù)極性的直流電壓。所述電壓再經(jīng)過DC/AC逆變器11及輸出濾波裝置12，轉(zhuǎn)換為負(fù)載13所需要的交流電壓。圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的交流輸出不斷電電源裝置。如圖2所示，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式，通過將中性線N線(Neutral線)引入到圖2中，圖2中的集成電源裝置可以劃分成AC輸入電源的獨(dú)立的第一電路和第二電路，即圖2中的上半部分電路和下半部分電路，此外，第一電路和第二電路可以互換。也就是說，集成電源裝置包括第一電路和第二電路。如圖9所示，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式，后端可以連接DC/AC逆變器11及輸出濾波裝置12，轉(zhuǎn)換為負(fù)載13所需要的交流電壓。第一電路包括晶閘管Q21，第一雙向開關(guān)K1，第一電池BAT21，電感L21，帶內(nèi)建二極管的功率開關(guān)管Q27、Q29，第一總線電容C+BUS。其中，第一雙向開關(guān)Kl包括二極管 D21、D22，開關(guān)S21、S22。第二電路包括晶閘管Q22，第二雙向開關(guān)K2，第二電池BAT22，電感L22，帶內(nèi)建二極管的功率開關(guān)管收8、Q210，第二總線電容C_BUS。其中，第二雙向開關(guān)K2 包括二極管D23、D24，開關(guān)S23、S24。Q27、Q28、Q29和Q210均為帶內(nèi)建二極管的功率開關(guān)管，帶內(nèi)建二極管的功率開關(guān)管Q27、Q29、G^8和Q210能夠?qū)崿F(xiàn)電流的雙向流動。其中，第一電池BAT21的負(fù)極和第二電池BAT22的正極均連接到市電的N線 (Neutral線)?？商鎿Q地，第一電池BAT21的正極和第二電池BAT22的負(fù)極均連接到市電的 N 線(Neutral 線)。此外，集成電源裝置的第一電路的連接關(guān)系為晶閘管Q21的陽極連接交流市電的輸入，晶閘管Q21的陰極通過第一雙向開關(guān)Kl連接第一電池BAT21，晶閘管Q21的陰極還連接到第一電感L21的一端，電感L21的另一端連接到帶內(nèi)建二級管的功率開關(guān)管Q27的集電極和帶內(nèi)建二級管的功率開關(guān)管收9的發(fā)射極。第一總線電容C+BUS的正極與帶內(nèi)建二級管的功率開關(guān)管Q29的集電極連接。第一總線電容C+BUS的負(fù)極、帶內(nèi)建二級管的功率開關(guān)管Q27的發(fā)射極和電池BAT21的負(fù)極均連接到N線。此外，第一雙向開關(guān)Kl的連接關(guān)系為晶閘管Q21的陰極連接二極管D21的陽極， 二極管D22的陰極和電感L21的一端，二極管D21的陽極與晶閘管Q21的陰極連接，二極管 D21的陰極通過開關(guān)S21連接到電池BAT21的正極，二極管D22的陰極與晶閘管Q21的陰極連接，二極管D22的陽極通過開關(guān)S22連接到電池BAT21的正極。此外，集成電源裝置的第二電路的連接關(guān)系為晶閘管Q22的陰極連接交流市電的輸入，晶閘管Q22的陽極通過第二雙向開關(guān)K2連接第二電池BAT22，晶閘管Q22的陽極還連接到第二電感L22的一端，電感L22的另一端連接到帶內(nèi)建二級管的功率開關(guān)管Q210的集電極和帶內(nèi)建二級管的功率開關(guān)管收8的發(fā)射極。第二總線電容C_BUS的負(fù)極與帶內(nèi)建二級管的功率開關(guān)管Q210的發(fā)射極連接。第二總線電容C_BUS的正極、帶內(nèi)建二級管的功率開關(guān)管Q28的集電極和電池BAT22的正極均連接到N線。此外，第二雙向開關(guān)K2的連接關(guān)系為晶閘管Q22的陽極連接開關(guān)S23，開關(guān)S24 和電感L22的一端，二極管D23的陽極連接到電池BAT22的負(fù)極，二極管D23的陰極通過開關(guān)S23連接到晶閘管Q22的陽極。二極管D24的陰極連接到電池BAT22的負(fù)極，二極管D24 的陽極通過開關(guān)SM連接到晶閘管Q22的陽極。圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的集成電源裝置在正半周內(nèi)的工作狀態(tài)圖。如圖3所示，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式，當(dāng)交流AC市電輸入正常時，集成電源裝置工作于正常模式，其實(shí)現(xiàn)了 AC/DC變換器和充電器的功能。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式，例如，當(dāng)AC市電輸入正常時且相位位于正半周內(nèi)時，第一電路作為單獨(dú)的升壓電路(Boost電路)進(jìn)行工作。在這個相位期間，功率開關(guān)管收9截止但是它的內(nèi)建二極管工作。開關(guān)S21和S22也截止。功率開關(guān)管Q27工作在高頻PWM方式下，第一電路通過控制功率開關(guān)管Q27的導(dǎo)通或截止來實(shí)現(xiàn)升壓和APFC(有源功率因數(shù)校正)功能。當(dāng)功率開關(guān)管Q27導(dǎo)通時，交流輸入通過晶閘管Q21、第一電感L21和功率開關(guān)管 Q27為第一電感L21充電，充電電流回路如圖3中第一電路(上半部分電路)的實(shí)線所示。 當(dāng)功率開關(guān)管Q27截止時，電感L21的能量通過晶閘管Q21、功率開關(guān)管(^9的內(nèi)建二極管、 第一總線電容C+BUS釋放，從而給第一總線電容C+BUS充電。電流回路如圖3中第一電路(上半部分電路)的虛線所示。在相同的正半周期內(nèi)，因?yàn)榈诙偩€電容C_BUS不能從交流市電輸入獲得任何能量，所以第二電路(圖2中的下半部分電路)不作為單個升壓電路來工作。通過使用第二總線電容C_BUS中所存儲的能量(負(fù)半周內(nèi)，第二電路工作為升壓電路而為第二總線電容C_BUS 充電所獲得的能量)，可以使用第二電路來為第二電池BAT22充電。在上述相同的正半周期內(nèi)，第二電路作為單獨(dú)的降壓電路(Buck電路)進(jìn)行工作。 帶內(nèi)建二極管的功率開關(guān)管截止但是它的內(nèi)建二極管工作。開關(guān)S23導(dǎo)通且開關(guān)S24 截止。通過控制功率開關(guān)管Q210的導(dǎo)通或截止來使第二電路為第二電池BAT22充電，如圖 3所示，具體為當(dāng)功率開關(guān)管Q210導(dǎo)通時，第二總線電容C_BUS通過第二電池BAT22、二極管 D23、開關(guān)S23、電感L22和功率開關(guān)管Q210為電池BAT22充電。電感L22用來防止電流過大，同時也會儲存能量充電。充電電流回路如圖3中第二電路(下半部分電路)的實(shí)線所示。當(dāng)功率開關(guān)管Q210截止時，電感L22將其所存儲的能量通過功率開關(guān)管Q28的內(nèi)建二極管、二極管D23和開關(guān)S23為電池BAT22充電。電流回路如圖3中第二電路(下半部分電路)的虛線所示。圖4示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的集成電源裝置在負(fù)半周內(nèi)的工作狀態(tài)圖。如圖4所示，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式，當(dāng)交流AC市電輸入正常時，集成電源裝置工作于正常模式，其實(shí)現(xiàn)了 AC/DC變換器和充電器的功能。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式，例如，當(dāng)AC市電輸入正常時且相位位于負(fù)半周內(nèi)時，第二電路作為單獨(dú)的升壓電路(Boost電路)進(jìn)行工作。在這個相位期間，功率開關(guān)管Q210 截止但是它的內(nèi)建二極管工作。開關(guān)S23和SM也截止。功率開關(guān)管收8工作在高頻PWM 方式下，第二電路通過控制功率開關(guān)管Q28的導(dǎo)通或截止來實(shí)現(xiàn)升壓和APFC(有源功率因數(shù)校正)功能。
當(dāng)功率開關(guān)管Q28導(dǎo)通時，交流輸入通過晶閘管Q22、第二電感L22和功率開關(guān)管為第二電感L22充電，充電電流回路如圖4中第二電路(下半部分電路)的實(shí)線所示。
當(dāng)功率開關(guān)管Q^截止時，電感L22的能量通過晶閘管Q22、功率開關(guān)管Q210的內(nèi)建二極管、第二總線電容C_BUS釋放，從而給第二總線電容C_BUS充電。電流回路如圖4中第二電路 (下半部分電路)的虛線所示。在相同的負(fù)半周期內(nèi)，因?yàn)榈谝浑娙莸谝豢偩€電容C+BUS不能從交流市電輸入獲得任何能量，所以第一電路(圖2中的上半部分電路)不作為單個升壓電路來工作。通過使用第一總線電容C+BUS中所存儲的能量(在正半周內(nèi)，第一電路工作為升壓電路而為第一總線電容C+BUS充電所獲得的能量)，可以使用第一電路來為第一電池BAT21充電。在上述相同的負(fù)半周期內(nèi)，第一電路作為單獨(dú)的降壓電路(Buck電路)進(jìn)行工作。 帶內(nèi)建二極管的功率開關(guān)管Q27截止但是它的內(nèi)建二極管工作。開關(guān)S21導(dǎo)通且開關(guān)S22 截止。通過控制功率開關(guān)管Q29的導(dǎo)通或截止來使第一電路為第一電池BAT21充電，如圖 4所示，具體為當(dāng)功率開關(guān)管Q29導(dǎo)通時，第一總線電容C+BUS通過第一電池BAT21、二極管 D21、開關(guān)S21、電感L21和功率開關(guān)管為電池ΒΑΤ21充電。此時，電感L21用來防止電流過大，同時也會儲存能量。充電電流回路如圖4中第一電路(上半部分電路)的實(shí)線所示。當(dāng)功率開關(guān)管(^9截止時，電感L21將其所存儲的能量通過功率開關(guān)管Q27的內(nèi)建二極管、二極管D21和開關(guān)S21為電池ΒΑΤ21充電。電流回路如圖4中第一電路(上半部分電路)的虛線所示。由此可知，當(dāng)AC市電輸入正常時，第一電路和第二電路均工作在正常模式下。在正半周內(nèi)，第一電路作為單獨(dú)的升壓電路(Boost電路)進(jìn)行工作，為第一總線電容充電，第二電路作為單獨(dú)的降壓電路(Buck電路)進(jìn)行工作，為第二電池充電；在負(fù)半周內(nèi)，第二電路作為單獨(dú)的升壓電路(Boost電路)進(jìn)行工作，為第二總線電容充電，第一電路作為單獨(dú)的降壓電路(Buck電路)進(jìn)行工作，為第一電池充電。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式，集成電源裝置能夠節(jié)省花費(fèi)和尺寸。更重要的是，由于集成電源裝置實(shí)現(xiàn)的充電器是智能充電器，其能夠正確地檢測且控制充電電流以及能夠供應(yīng)大的充電電流。圖5示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的電池模式下的集成電源裝置的工作狀態(tài)圖。 根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式，當(dāng)AC輸入電源不正常時，集成電源裝置工作在電池模式。在電池模式中，圖2所示的集成電源裝置簡化為圖5所示的電源裝置。如圖5所示，第一電路和第二電路作為單個升壓電路工作并且它們是相互獨(dú)立的。Q27、Q28、Q29和Q210均為帶內(nèi)建二極管的功率開關(guān)管，帶內(nèi)建二極管的功率開關(guān)管 Q27.Q29.Q28和Q210能夠?qū)崿F(xiàn)電流的雙向流動。在第一電路中，開關(guān)S22導(dǎo)通并且收9截止，控制Q27導(dǎo)通或截止。第一電池BAT 21為第一電路供應(yīng)能量，實(shí)現(xiàn)升壓功能。功率開關(guān)管Q27導(dǎo)通時，第一電池BAT21通過開關(guān) S22、二極管D22、電感L21和功率開關(guān)管Q27為電感L21充電，充電電流回路如圖5中第一電路(上半部分電路)的實(shí)線所示。功率開關(guān)管Q27截止時，電感L21通過功率開關(guān)管Q29 的內(nèi)建二極管、第一總線電容C+BUS、第一電池BAT21、開關(guān)S22、二極管D22和為第一總線電容C+BUS充電，電流回路如圖5中第二電路(上半部分電路)的虛線所示。在第二電路中，SM導(dǎo)通且Q210截止.，控制收8導(dǎo)通或截止。第二電池BAT22為第二電路供應(yīng)能量，實(shí)現(xiàn)升壓功能。功率開關(guān)管導(dǎo)通時，第二電池BAT22通過功率開關(guān)管Q28、電感L22、開關(guān)S24、二極管D24為電感L22充電，充電電流回路如圖5中第二電路 (下半部分電路)的實(shí)線所示。功率開關(guān)管收8截止時，電感L22通過功率開關(guān)管Q210的內(nèi)建二極管、第二總線電容C_BUS、第二電池BAT22、二極管D24、開關(guān)SM為第二總線電容C_BUS 充電，電流回路如圖5中第二電路(下半部分電路)的虛線所示。由此可知，圖2中的集成電源裝置集成了 AC/DC變換器、DC/DC升壓變換器和智能充電器。這樣能夠節(jié)省電源裝置的花費(fèi)并減小電源裝置的尺寸。所以，本發(fā)明的集成電源裝置與現(xiàn)有技術(shù)中的電源裝置相比具有更好的競爭力。如圖2所示，第一電池BAT21和第二電池BAT22分別與第一雙向開關(guān)Kl和第二雙向開關(guān)K2相連接。其中，第一雙向開關(guān)Kl和第二雙向開關(guān)K2均包括兩個二極管和兩個開關(guān)。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式，上述雙向開關(guān)可以有多種實(shí)現(xiàn)方式，所述二極管和開關(guān)可以被替換為晶間管，或者替換為具有內(nèi)建二級管的晶體管和二級管的組合。圖6示出了根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施方式的雙向開關(guān)示意圖?？蓪D2中的第一雙向開關(guān)Kl和第二雙向開關(guān)K2中的二極管和開關(guān)替換為晶閘管。圖7示出了根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施方式的雙向開關(guān)的示意圖?？蓪D2中的第一雙向開關(guān)Kl和第二雙向開關(guān)K2中的二極管和開關(guān)部分替換為晶閘管，部分替換為具有內(nèi)建二級管的晶體管和二級管的組合。圖8示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的應(yīng)用在三相系統(tǒng)中的集成電源裝置。當(dāng)將圖 2所示的集成電源裝置引入到三相系統(tǒng)中時，所述集成電源裝置展示出了更多優(yōu)點(diǎn)。圖8中顯示了三相系統(tǒng)中的所述集成電源裝置。應(yīng)用在三相系統(tǒng)中的集成電源裝置包括3個子電路A、B和C。子電路A包括晶閘管晶閘管Q51和Q52，由晶閘管Q53和QM構(gòu)成的雙向開關(guān)電路，由晶閘管Q55和Q56構(gòu)成的雙向開關(guān)電路，帶內(nèi)建二極管的功率開關(guān)管Q57、Q58、Q59和Q510，電感L51和L52。子電路A連接電池BAT51和電池BAT52、以及電容C+BUS和電容C_BUS。子電路A的元件連接方式與圖6示出的集成電源裝置中元件的連接方式相同。子電路B包括晶閘管晶閘管Q61和Q62，由晶閘管Q63和Q64構(gòu)成的雙向開關(guān)電路，由晶閘管Q65和Q66構(gòu)成的雙向開關(guān)電路，帶內(nèi)建二極管的功率開關(guān)管Q67、Q68、Q69和 Q610，電感L61和L62。子電路A連接電池BAT51和電池BAT52、電容C+BUS和電容C_BUS。子電路A的元件連接方式與圖6示出的集成電源裝置中元件的連接方式相同。子電路C包括晶閘管晶閘管Q71和Q72，由晶閘管Q73和Q74構(gòu)成的雙向開關(guān)電路，由晶閘管Q75和Q76構(gòu)成的雙向開關(guān)電路，帶內(nèi)建二極管的功率開關(guān)管Q77、Q78、Q79和 Q710，電感L71和L72。子電路A連接電池BAT51和電池BAT52、電容C+BUS和電容C_BUS。子電路A的元件連接方式與圖6示出的集成電源裝置中元件的連接方式相同。三個子電路A、B和C在三個不同的相位周期單獨(dú)地工作，它們都為相同的總線電容C+BUS和C_BUS提供能量。三個電路的工作方式與上述描述的圖3和圖4中的工作方式相同。由于每個相位之間具有120度的差別，所以通過在三個相位間的移位能夠在所有時間為BAT51或BAT52充電，這意味著持續(xù)的充電電流。那就是說，電容在同一時間充電和放電。 電容充電至穩(wěn)定的固定電壓，并且它放電從而為電池充電。所述電源裝置可作為提供三相交流電源輸入的電路，所述三相交流電源輸入電路的三個子電路，每個子電路分別在120度的相位內(nèi)單獨(dú)地作為單個升壓電路工作，都為第一總線電容和第二總線電容提供能量。根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施，當(dāng)任一子電路的第一電路工作在對第一總線電容充電的模式時，三個子電路中的任一子電路的第二電路能夠工作在由第二總線電容對第二電池進(jìn)行充電的工作模式；當(dāng)任一子電路的第二電路工作在對第二總線電容充電的模式時，三個子電路中的任一子電路的第一電路能夠工作在由第一總線電容對第一電池進(jìn)行充電的工作模式。圖9示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的交流輸出不斷電電源裝置。如圖9所示，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式，在圖2所示的集成電源裝置的后端可以連接DC/AC逆變器11及輸出濾波裝置12，轉(zhuǎn)換為負(fù)載13所需要的交流電壓。已經(jīng)通過參考少量實(shí)施例主要地描述了本發(fā)明。然而，本領(lǐng)域技術(shù)人員所公知的， 正如附帶的專利權(quán)利要求所限定的，除了本發(fā)明以上公開的其他的實(shí)施例等同地落在本發(fā)明的范圍內(nèi)。通常地，在權(quán)利要求中使用的所有術(shù)語都根據(jù)他們在技術(shù)領(lǐng)域的通常含義被解釋，除非在其中被另外明確地定義。所有的參考“一個/所述/該[裝置、組件等]”都被開放地解釋為所述裝置、組件等中的至少一個實(shí)例，除非另外明確地說明。這里公開的任何方法的步驟都沒必要以公開的準(zhǔn)確的順序運(yùn)行，除非明確地說明。
權(quán)利要求
1.一種交流電源輸入集成電源裝置的控制方法，所述電源裝置包括第一電路和第二電路，所述第一電路包括第一電池和第一總線電容，所述第二電路包括第二電池和第二總線電容，將所述第一電路和第二電路的輸入端連接一交流電源，所述第一電池、第二電池、 第一總線電容和第二總線電容均連接到與該交流電源參考地N線連接的中性線，其特征在于，所述方法包括當(dāng)?shù)谝浑娐饭ぷ髟趯Φ谝豢偩€電容充電的模式時，使第二電路工作在由第二總線電容對第二電池進(jìn)行充電的工作模式；以及當(dāng)?shù)诙娐饭ぷ髟趯Φ诙偩€電容充電的模式時，使第一電路工作在由第一總線電容對第一電池進(jìn)行充電的工作模式。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，當(dāng)該集成電源裝置工作在電池模式時，第一電路和第二電路均作為單個升壓電路工作，分別為第一總線電容和第二總線電容充電。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述第一電池、第二電池、第一總線電容和第二總線電容均連接到與該交流電源參考地N線連接的中性線，具體為將第一電池的負(fù)極和第二電池的正極連接到與該交流電源參考地N線連接的中性線；以及將第一總線電容的負(fù)極和第二總線電容的正極連接到與該交流電源參考地N線連接的中性線。
4.一種交流電源輸入集成電源裝置，其包括第一電路和第二電路，其特征在于，包括 所述第一電路和第二電路的輸入端連接一交流電源；所述第一電路包括第一電池和第一總線電容； 所述第二電路包括第二電池和第二總線電容； 第一電池和第二電池均連接到與該交流電源參考地N線連接的中性線； 第一總線電容和第二總線電容均連接到與該交流電源參考地N線連接的中性線； 其中，當(dāng)?shù)谝浑娐饭ぷ髟趯Φ谝豢偩€電容充電的模式時，第二電路能夠工作在由第二總線電容對第二電池進(jìn)行充電的工作模式；當(dāng)?shù)诙娐饭ぷ髟趯Φ诙偩€電容充電的模式時，第一電路能夠工作在由第一總線電容對第一電池進(jìn)行充電的工作模式。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的集成電源裝置，其中，所述第一電池、第二電池、第一總線電容和第二總線電容均連接到與該交流電源參考地N線連接的中性線，具體為將第一電池的負(fù)極和第二電池的正極連接到與該交流電源參考地N線連接的中性線；以及將第一總線電容的負(fù)極和第二總線電容的正極連接到與該交流電源參考地N線連接的中性線。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的集成電源裝置，其中，當(dāng)該集成電源裝置工作在電池模式時， 第一電路和第二電路均作為單個升壓電路工作，分別為第一總線電容和第二總線電容充 H1^ ο
7.根據(jù)權(quán)利要求4的所述集成電源裝置，其中，所述第一電路還包括第一晶間管、第一雙向開關(guān)、第一電感和內(nèi)含二極管的第一和第二功率開關(guān)管；以及所述第二電路還包括第二晶間管、第二雙向開關(guān)、第二電感和內(nèi)含二極管的第三和第四功率開關(guān)管。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的集成電源裝置，其中，所述第一電路的連接關(guān)系為第一晶閘管的陽極連接該交流電源的輸入，第一晶閘管的陰極通過第一雙向開關(guān)連接第一電池的正極，第一晶閘管的陰極還連接到第一電感的一端，第一電感的另一端連接到內(nèi)含二極管的第一功率開關(guān)管的集電極和內(nèi)含二極管的第二功率開關(guān)管的發(fā)射極，第一功率開關(guān)管的發(fā)射極連接到該交流電源參考地N線連接的中性線，第二功率開關(guān)管的集電極連接到第一總線電容的正極，第一總線電容的負(fù)極連接到該交流電源參考地N線連接的中性線；所述第二電路的連接關(guān)系為第二晶閘管的陰極連接該交流電源的輸入，第二晶閘管的陽極通過第二雙向開關(guān)連接第二電池的負(fù)極，第二晶閘管的陽極還連接到第二電感的一端，第二電感的另一端連接到內(nèi)含二極管的第三功率開關(guān)管的發(fā)射極和內(nèi)含二極管的第四功率開關(guān)管的集電極，第三功率開關(guān)管的集電極連接到該交流電源參考地N線連接的中性線，第四功率開關(guān)管的發(fā)射極連接到第二總線電容的負(fù)極，第二總線電容的正極連接到該交流電源參考地N線連接的中性線。
9.根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的集成電源裝置，其中，所述第一雙向開關(guān)包括兩條支路，每條支路為二極管和開關(guān)的組合、晶間管、或者帶內(nèi)建二極管的功率開關(guān)管和二極管的組合中的一個；所述第二雙向開關(guān)包括兩條支路，每條支路為二極管和開關(guān)的組合、晶間管、或者帶內(nèi)建二極管的功率開關(guān)管和二極管的組合中的一個。
10.根據(jù)權(quán)利要求4所述的集成電源裝置，所述電源裝置可作為提供三相交流電源輸入的電路，所述三相交流電源輸入電路的三個子電路，每個子電路分別在120度的相位內(nèi)單獨(dú)地作為單個升壓電路工作，都為第一總線電容和第二總線電容提供能量；其中，根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施，當(dāng)任一子電路的第一電路工作在對第一總線電容充電的模式時，三個子電路中的任一子電路的第二電路能夠工作在由第二總線電容對第二電池進(jìn)行充電的工作模式；當(dāng)任一子電路的第二電路工作在對第二總線電容充電的模式時，三個子電路中的任一子電路的第一電路能夠工作在由第一總線電容對第一電池進(jìn)行充電的工作模式。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種不間斷電源裝置及其控制方法，所述電源裝置包括一電路和第二電路，所述第一電路包括第一電池和第一總線電容，所述第二電路包括第二電池和第二總線電容，其特征在于，所述方法包括將第一電池和第二電池均連接到與市電N線連接的中性線；當(dāng)?shù)谝浑娐饭ぷ髟趯Φ谝豢偩€電容充電的模式時，使第二電路工作在由第二總線電容對第二電池進(jìn)行充電的工作模式；以及當(dāng)?shù)诙娐饭ぷ髟趯Φ诙偩€電容充電的模式時，使第一電路工作在由第一總線電容對第一電池進(jìn)行充電的工作模式。本發(fā)明的集成電源裝置能夠節(jié)省充電器的花費(fèi)和尺寸，更重要的是，本發(fā)明實(shí)現(xiàn)的充電器是智能充電器，其能夠正確地檢測且控制充電電流以及能夠供應(yīng)大的充電電流。
文檔編號H02M7/12GK102468770SQ201010552069
公開日2012年5月23日 申請日期2010年11月17日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月17日
發(fā)明者吳仕福, 周福星, 程洋, 謝世華 申請人:聯(lián)正電子(深圳)有限公司