本發(fā)明涉及電能轉(zhuǎn)換技術領域，特別涉及一種適用于UPS的電池均壓電路。

背景技術：

UPS（Uninterruptible Power System/Uninterruptible Power Supply），即不間斷電源，是將蓄電池（多為鉛酸免維護蓄電池）與主機相連接，通過主機逆變器等模塊電路將直流電轉(zhuǎn)換成市電的電路設備。隨著能源行業(yè)、互聯(lián)網(wǎng)行業(yè)、軌道交通行業(yè)以及智能制造行業(yè)近幾年的飛速發(fā)展，UPS電源的應用領域不斷擴大，要求也不斷提高。UPS要達到用戶需求難以獨善其身，必須對整個用電電路所涉及的環(huán)節(jié)進行控制。在帶中線的逆變輸出電路中，當使用蓄電池進行供電時，器件之間的參數(shù)差異導致逆變輸出電壓存在直流偏置或電壓不對稱的狀態(tài)。長期運行將導致直流側的上下兩組蓄電池的電壓不一致，即導致其中一組電池發(fā)生過放故障。而在對蓄電池充電時，由于上下兩個蓄電池組電壓不一致，將導致其中電壓較高的一組蓄電池組發(fā)生過充故障，長期運行則影響蓄電池的使用壽命。

因此，有必要對現(xiàn)有技術進行改進。

技術實現(xiàn)要素：

鑒于上述現(xiàn)有技術的不足之處，本發(fā)明的目的在于提供一種適用于UPS的電池均壓電路，以解決現(xiàn)有UPS存在直流偏置導致兩組蓄電池發(fā)生一組過充，另一組過放的問題。

為了達到上述目的，本發(fā)明采取了以下技術方案：

一種適用于UPS的電池均壓電路，連接用于檢測第一蓄電池組和第二蓄電池組的電壓是否相同并輸出對應的控制信號的控制芯片、第一蓄電池組和第二蓄電池組，其包括第一控制模塊、第二控制模塊和直流調(diào)節(jié)模塊；

所述第一控制模塊根據(jù)控制信號控制第一蓄電池組的充電狀態(tài)，第二控制模塊根據(jù)控制信號控制第二蓄電池組的充電狀態(tài)；直流調(diào)節(jié)模塊調(diào)節(jié)兩個蓄電池組的輸出電壓的直流偏置，使兩個蓄電池組均壓。

所述的適用于UPS的電池均壓電路，其中，所述第一控制模塊包括第一電容、第一二極管、第一晶閘管和第一開關管；

所述第一電容的正極連接第一二極管的正極和輸出端，第一電容的負極連接直流調(diào)節(jié)模塊和中間輸出端；第一二極管的正極連接第一晶閘管的陰極、第一開關管的漏極和輸入端；第一二極管的負極連接第一晶閘管的陽極和第一蓄電池組的正極；第一開關管的源極連接第一蓄電池組的負極、第二控制模塊和直流調(diào)節(jié)模塊；第一晶閘管的門極和第一開關管的柵極均連接控制芯片。

所述的適用于UPS的電池均壓電路，其中，所述第二控制模塊包括第二電容、第二二極管、第二晶閘管和第二開關管；

所述第二電容的正極連接直流調(diào)節(jié)模塊和中間輸出端，第二電容的負極接地，第二二極管的正極連接第二晶閘管的陰極第二開關管的漏極和第一開關管的源極；第二二極管的負極連接第二晶閘管的陽極和第二蓄電池組的正極；第二開關管的源極連接第一蓄電池組的負極和地；第二晶閘管的門極和第二開關管的柵極均連接控制芯片。

所述的適用于UPS的電池均壓電路，其中，所述直流調(diào)節(jié)模塊包括第一雙向開關、第二雙向開關、第三電容和第四電容；

所述第三電容的正極連接第二雙向開關的一端、第二二極管的正極和第一開關管的源極；第三電容的負極連接第一雙向開關的一端，第一雙向開關的另一端連接第四電容的正極和中間輸出端，第四電容的負極連接第二雙向開關的另一端。

所述的適用于UPS的電池均壓電路，其中，所述第一開關管和第二開關管為氮化鎵功率器件。

所述的適用于UPS的電池均壓電路，其中，所述電池均壓電路還包括電感；

所述電感的一端連接輸入端，電感的另一端連接第一二極管的正極和第一電容的正極。

相較于現(xiàn)有技術，本發(fā)明提供的適用于UPS的電池均壓電路，連接用于檢測第一蓄電池組和第二蓄電池組的電壓是否相同并輸出對應的控制信號的控制芯片、第一蓄電池組和第二蓄電池組；電池均壓電路包括第一控制模塊、第二控制模塊和直流調(diào)節(jié)模塊；所述第一控制模塊根據(jù)控制信號控制第一蓄電池組的充電狀態(tài)，第二控制模塊根據(jù)控制信號控制第二蓄電池組的充電狀態(tài)；直流調(diào)節(jié)模塊調(diào)節(jié)兩個蓄電池組的輸出電壓的直流偏置，使兩個蓄電池組均壓；使兩個蓄電池組保持相同的輸出電壓，避免出現(xiàn)一個過充一個過放的情況，從而有效延長蓄電池的使用壽命。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實施例提供的適用于UPS的電池均壓電路的結構框圖。

圖2為本發(fā)明實施例提供的適用于UPS的電池均壓電路的電路圖。

圖3為與電池均壓電路連接的控制芯片的示意圖。

具體實施方式

本發(fā)明提供一種適用于UPS的電池均壓電路，涉及電池組均壓技術，可動態(tài)調(diào)整兩組蓄電池的充放電狀態(tài)，從而有效延長蓄電池的使用壽命。為使本發(fā)明的目的、技術方案及效果更加清楚、明確，以下參照附圖并舉實施例對本發(fā)明進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

請參閱圖1，本發(fā)明提供的一種適用于UPS的電池均壓電路，連接控制芯片，還連接第一蓄電池組U1和第二蓄電池組U2。所述電池均壓電路包括第一控制模塊110、第二控制模塊120和直流調(diào)節(jié)模塊130；所述第一控制模塊110連接第一蓄電池組U1、第二控制模塊120和直流調(diào)節(jié)模塊130；第二控制模塊120連接第二蓄電池組和直流調(diào)節(jié)模塊130。控制芯片檢測第一蓄電池組U1和第二蓄電池組U2的電壓是否相同并輸出對應的控制信號；所述第一控制模塊110根據(jù)控制信號控制第一蓄電池組U1的充電狀態(tài)，第二控制模塊120根據(jù)控制信號控制第二蓄電池組U2的充電狀態(tài)；直流調(diào)節(jié)模塊130用于調(diào)節(jié)兩個蓄電池組的輸出電壓的直流偏置，使兩個蓄電池組均壓；從而使兩個蓄電池組保持相同的輸出電壓。

請一并參閱圖2，所述第一控制模塊110包括第一電容C1、第一二極管D1、第一晶閘管SCR1和第一開關管Q1；所述第一電容C1的正極連接第一二極管D1的正極和輸出端DCout，第一電容C1的負極連接直流調(diào)節(jié)模塊130和中間輸出端N；第一二極管D1的正極連接第一晶閘管SCR1的陰極（K）、第一開關管Q1的漏極和輸入端DCin；第一二極管D1的負極連接第一晶閘管SCR1的陽極（A）和第一蓄電池組U1的正極；第一開關管Q1的源極連接第一蓄電池組U1的負極、第二控制模塊120和直流調(diào)節(jié)模塊130；第一晶閘管SCR1的門極（G）和第一開關管Q1的柵極均連接控制芯片。

所述第二控制模塊120包括第二電容C2、第二二極管D2、第二晶閘管SCR2和第二開關管Q2；所述第二電容C2的正極連接直流調(diào)節(jié)模塊130和中間輸出端N，第二電容C2的負極接地，第二二極管D2的正極連接第二晶閘管SCR2的陰極（K）第二開關管Q2的漏極和第一開關管Q1的源極；第二二極管D2的負極連接第二晶閘管SCR2的陽極（A）和第二蓄電池組U2的正極；第二開關管Q2的源極連接第一蓄電池組U1的負極和地；第二晶閘管SCR2的門極（G）和第二開關管Q2的柵極均連接控制芯片。

需要理解的是，控制芯片的電路結構和功能為現(xiàn)有技術，例如可采用型號為TMS320F28377D的DSP控制芯片；其ADCINA0（43）腳連接第一蓄電池組U1、ADCINA1（42）腳連接第二蓄電池組U2以檢測對應蓄電池組的電壓?？刂菩酒腉PIO0（160）腳連接第一晶閘管的門極，GPIO1（161）腳連接第一開關管的柵極，GPIO2（162）腳連接第二晶閘管的門極，GPIO3（163）腳連接第二開關管Q2的柵極；從而輸出對應的控制信號以實現(xiàn)充放電狀態(tài)的動態(tài)調(diào)整。圖3中僅示出控制芯片中與本實施例有關的引腳，其他引腳與本實施例無關且為現(xiàn)有技術。本實施例僅使用其輸出的控制信號?，F(xiàn)有技術中第一蓄電池組U1和第二蓄電池組U2連接了相應的充放電電路。本實施例提供的電池均壓電路是對現(xiàn)有充放電電路的改進，以達到充電過程中兩個蓄電池組電壓不相等時，調(diào)節(jié)直流偏置以增大對電壓較小的蓄電池組的充電力度，使兩者電壓相等，這樣動態(tài)調(diào)整兩個蓄電池組的充放電狀態(tài)，從而有效延長蓄電池的使用壽命；避免出現(xiàn)一個過充一個過放的情況。

所述直流調(diào)節(jié)模塊130包括第一雙向開關131、第二雙向開關132、第三電容C3和第四電容C4；所述第三電容C3的正極連接第二雙向開關132的一端、第二二極管D2的正極和第一開關管Q1的源極；第三電容C3的負極連接第一雙向開關131的一端，第一雙向開關131的另一端連接第四電容C4的正極和中間輸出端N，第四電容C4的負極連接第二雙向開關132的另一端。

其中，所述第一雙向開關131和第二雙向開關132的結構如圖2所示，其為現(xiàn)有技術，此處不作詳述。所述第一開關管Q1和第二開關管Q2為氮化鎵功率器件（GaN FET）。通過對晶閘管、氮化鎵功率器件的開關控制，使得上下兩個蓄電池組能保持相同的輸出電壓。兩個雙向開關主要起到調(diào)節(jié)輸出直流偏置和調(diào)節(jié)直流側電池實現(xiàn)均壓的作用。

請繼續(xù)參閱圖2，所述電池均壓電路的工作原理為：

當使用直流母線對蓄電池組充電時（即輸入端DCin有電流輸入），若控制芯片檢測第一蓄電池組U1和第二蓄電池組U2的電壓相等，則控制芯片輸出對應的電平信號（控制信號的一種，高電平還是低電平由開關管的類型決定）使第一開關管Q1和第二開關管Q2均保持關斷（即斷開）。充電電流一方面通過第一二極管D1對第一蓄電池組U1充電；另一方面依次通過第一電容C1、第四電容C4、第二開關管Q2、第二二極管D2對第二蓄電池組U2充電。

若控制芯片檢測充電過程中第一蓄電池組U1和第二蓄電池組U2的電壓不同相等，此時分為兩種情況：

一是第一蓄電池組U1的電壓高于第二蓄電池組U2的電壓（即U1>U2），此時控制芯片使第一開關管Q1工作于PWM狀態(tài)（即輸出周期脈沖信號（另一種控制信號）給第一開關管Q1，使其周期的導通、斷開），并且第二開關管Q2保持關斷。則充電電流在第一開關管Q1導通時傳輸至第二二極管D2對第二蓄電池組U2充電，第一開關管Q1斷開時同時對第一蓄電池組U1和第二蓄電池組U2充電，從而逐步升高第二蓄電池組U2的電壓至兩者相等。

二是第一蓄電池組U1的電壓低于第二蓄電池組U2的電壓（即U1<U2），此時控制芯片使第二開關管Q2工作于PWM狀態(tài)（即輸出周期脈沖信號給第二開關管Q2，使其周期的導通、斷開），并且第一開關管Q1保持關斷。則充電電流在第二開關管Q2導通時傳輸至第一二極管D1對第一蓄電池組U1充電，第二開關管Q2斷開時同時對第一蓄電池組U1和第二蓄電池組U2充電，從而逐步升高第一蓄電池組U1的電壓至兩者相等。

當使用第一蓄電池組U1和第二蓄電池組U2進行逆變輸出時，控制芯片使第一開關管Q1和第二開關管Q2均保持關斷，第一晶閘管SCR1和第二晶閘管SCR2均保持導通。第一蓄電池組U1的電壓通過第一晶閘管SCR1傳輸至輸出端DCout（其連接現(xiàn)有的輸出逆變模塊），從而對外提供電能。第二蓄電池組U2的電壓依次通過第二晶閘管SCR2、第三電容C3、第一雙向開關131傳輸至中間輸出端N（其連接現(xiàn)有的三相電源中線），從而對外提供電能。由于第一電容C1的電壓正常情況下應等于第一蓄電池組U1的電壓，第二電容C2的電壓正常情況下應等于第二蓄電池組U2的電壓。在輸出時，通過這兩個電容的電壓可以使輸出的電能更加穩(wěn)定。

所述第一電容C1和第二電容C2既能被充電，又能對相應的蓄電池組充電。例如，第一電容C1的充電回路從其正極出發(fā)、到第一二極管D1、第一蓄電池組U1的正極、第一蓄電池組U1的負極、第二雙向開關132、第四電容C4、返回到第一電容C1的負極，從而實現(xiàn)第一電容C1對第一蓄電池組U1充電。同理，第二電容C2的充電回路從其正極出發(fā)、到第一雙向開關131、第三電容C3、第二二極管D2、第二蓄電池組U2的正極、第二蓄電池組U2的負極、地（第二電容C2的負極接地），從而實現(xiàn)第二電容C2對第二蓄電池組U2充電。

在具體實施時，所述電池均壓電路還包括電感L；所述電感L的一端連接輸入端DCin，電感L的另一端連接第一二極管D1的正極和第一電容C1的正極。所述電感L用于對輸入的電壓進行直流濾波。

綜上所述，本發(fā)明提供的適用于UPS的電池均壓電路能動態(tài)調(diào)整兩組蓄電池的充放電狀態(tài)，調(diào)節(jié)輸出電壓的直流偏置，使兩個蓄電池組均壓；使兩個蓄電池組保持相同的輸出電壓，避免出現(xiàn)一個過充一個過放的情況，從而有效延長蓄電池的使用壽命。

與現(xiàn)有技術相比，電池均壓電路采用晶閘管和氮化鎵功率器件，能兼顧大輸出電流以及高開關頻率的應用場合；其電路結構非常簡單，成本很低，可靠性強。

可以理解的是，對本領域普通技術人員來說，可以根據(jù)本發(fā)明的技術方案及其發(fā)明構思加以等同替換或改變，而所有這些改變或替換都應屬于本發(fā)明所附的權利要求的保護范圍。