本發(fā)明涉及電力電子技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種直流ups電源裝置以及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

不間斷電源(uninterruptiblepowersystem，簡稱ups)是將鉛酸免維護等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)換成市電的系統(tǒng)設(shè)備。

目前，直流ups廣泛應(yīng)用于直流不間斷供電場所，交流供電時，裝置為負荷提供穩(wěn)定的直流輸出，同時給電池充電；當(dāng)市電故障時，能夠自動通過蓄電池放電，不間斷輸出直流電。直流ups的常規(guī)電路設(shè)計是：交流輸入經(jīng)濾波器、功率因數(shù)校正單元輸出高壓直流，如果電池電壓較低，母線與電池之間需要通過變壓器實現(xiàn)升降壓及電氣隔離，輸入一般需與直流輸出電氣隔離，故主變換器也需要采取高頻隔離變換，若充放電變換器不能夠?qū)崿F(xiàn)雙向控制，則需要兩個獨立的高頻隔離變換器實現(xiàn)充電及放電功能。

因此，整個直流ups的常規(guī)裝置需要2至3個高頻變換器，而且放電時需要經(jīng)過兩級隔離變換到輸出，所以電路變換器較多，使邏輯時序控制復(fù)雜，造成放電效率降低。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種直流ups電源裝置以及系統(tǒng)，以解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的直流ups的常規(guī)裝置需要2至3個高頻變換器，而且放電時需要經(jīng)過兩級隔離變換到輸出，所以電路變換器較多，使邏輯時序控制復(fù)雜，造成放電效率降低的技術(shù)問題。

第一方面，本發(fā)明實施例提供了一種直流ups電源裝置，包括：交流輸入電路、直流輸出電路以及電池充放電路；

所述交流輸入電路通過一個變壓器與所述直流輸出電路以及所述電池充放電路耦合連接；

在所述交流輸入電路有電流輸入時，所述交流輸入電路通過所述變壓器向所述直流輸出電路與所述電池充放電路傳遞能量；

在所述交流輸入電路沒有電流輸入時，所述電池充放電路通過所述變壓器向所述直流輸出電路傳遞能量。

結(jié)合第一方面，本發(fā)明實施例提供了第一方面的第一種可能的實施方式，其中，所述交流輸入電路包括功率因數(shù)校正電路、直流母線、直流側(cè)電容以及諧振轉(zhuǎn)換電路；

在所述交流輸入電路有電流輸入時，交流電經(jīng)所述功率因數(shù)校正電路轉(zhuǎn)換為直流電，所述直流電經(jīng)所述直流母線輸入至所述直流側(cè)電容與所述諧振轉(zhuǎn)換電路。

結(jié)合第一方面，本發(fā)明實施例提供了第一方面的第二種可能的實施方式，其中，所述諧振轉(zhuǎn)換電路包括：第一開關(guān)管、第二開關(guān)管、繼電器、諧振電感、諧振電容以及繞組；

在所述交流輸入電路有電流輸入時，所述繼電器閉合，所述第一開關(guān)管與所述第二開關(guān)管輪流導(dǎo)通，所述諧振電感、所述諧振電容與所述繞組串聯(lián)，所述繞組為所述變壓器的初級繞組。

結(jié)合第一方面，本發(fā)明實施例提供了第一方面的第三種可能的實施方式，其中，在所述交流輸入電路沒有電流輸入時，所述繼電器、所述第一開關(guān)管與所述第二開關(guān)管關(guān)斷，所述繞組為開路狀態(tài)。

結(jié)合第一方面，本發(fā)明實施例提供了第一方面的第四種可能的實施方式，其中，所述諧振轉(zhuǎn)換電路包括：半橋諧振轉(zhuǎn)換電路或全橋諧振轉(zhuǎn)換電路。

結(jié)合第一方面，本發(fā)明實施例提供了第一方面的第五種可能的實施方式，其中，所述電池充放電路包括雙向升降壓電路與整流電路；

在所述交流輸入電路有電流輸入時，所述整流電路為次級整流電路，所述雙向升降壓電路轉(zhuǎn)變?yōu)榻祲鹤儞Q電路，所述電池充放電路向電池進行充電。

結(jié)合第一方面，本發(fā)明實施例提供了第一方面的第六種可能的實施方式，其中，在所述交流輸入電路沒有電流輸入時，所述雙向升降壓電路為升壓變換電路，所述整流電路為初級推挽電路，所述初級推挽電路向所述直流輸出電路傳輸電量。

結(jié)合第一方面，本發(fā)明實施例提供了第一方面的第七種可能的實施方式，其中，所述整流電路包括：全波同步整流電路或橋式整流電路。

結(jié)合第一方面，本發(fā)明實施例提供了第一方面的第八種可能的實施方式，其中，所述直流輸出電路包括：次級倍壓同步整流電路、次級橋式整流電路與次級非同步整流電路中的一種。

第二方面，本發(fā)明實施例還提供一種直流ups電源系統(tǒng)，包括：充電電池、負載、交流電源以及如第一方面的直流ups電源裝置；

交流電源用于向所述直流ups電源裝置中的交流輸入電路輸入交流電；

所述直流ups電源裝置中的直流輸出電路用于向負載供電；

所述直流ups電源裝置中的電池充放電路用于向充電電池充電。

本發(fā)明實施例提供的技術(shù)方案帶來了以下有益效果：本發(fā)明實施例提供的直流ups電源裝置以及系統(tǒng)中，直流ups電源裝置包括電池充放電路、交流輸入電路與直流輸出電路，交流輸入電路通過一個變壓器與直流輸出電路以及電池充放電路耦合連接，在交流輸入電路有電流輸入時，交流輸入電路通過變壓器向直流輸出電路與電池充放電路傳遞能量，而在交流輸入電路沒有電流輸入時，電池充放電路通過變壓器向直流輸出電路傳遞能量，通過直流ups裝置內(nèi)的一個高頻隔離變壓器，利用電力電子雙向變換及控制技術(shù)，同時實現(xiàn)交流輸入與電池、輸出之間，電池與輸出之間的能量傳遞，通過一個高頻變壓器實現(xiàn)多個變換器的復(fù)用，從而解決了現(xiàn)有技術(shù)中存在的直流ups的常規(guī)裝置需要2至3個高頻變換器，而且放電時需要經(jīng)過兩級隔離變換到輸出，所以電路變換器較多，使邏輯時序控制復(fù)雜，造成放電效率降低的技術(shù)問題。

本發(fā)明的其他特征和優(yōu)點將在隨后的說明書中闡述，并且，部分地從說明書中變得顯而易見，或者通過實施本發(fā)明而了解。本發(fā)明的目的和其他優(yōu)點在說明書、權(quán)利要求書以及附圖中所特別指出的結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)和獲得。

為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點能更明顯易懂，下文特舉較佳實施例，并配合所附附圖，作詳細說明如下。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明具體實施方式或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對具體實施方式或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖是本發(fā)明的一些實施方式，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本發(fā)明實施例提供的直流ups電源裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2示出了本發(fā)明實施例所提供的直流ups電源裝置中，交流輸入電路的具體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3示出了本發(fā)明實施例所提供的直流ups電源裝置中，電池充放電路的具體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為本發(fā)明實施例提供的直流ups電源裝置的另一結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5為本發(fā)明實施例提供的直流ups電源系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖標：1-直流ups電源裝置；11-交流輸入電路；12-直流輸出電路；13-電池充放電路；111-功率因數(shù)校正電路；112-直流母線；113-直流側(cè)電容；114-諧振轉(zhuǎn)換電路；131-雙向升降壓電路；132-整流電路；2-直流ups電源系統(tǒng)；21-充電電池；22-負載；23-交流電源。

具體實施方式

為使本發(fā)明實施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。

目前直流ups的常規(guī)裝置需要2至3個高頻變換器，而且放電時需要經(jīng)過兩級隔離變換到輸出，所以電路變換器較多，使邏輯時序控制復(fù)雜，造成放電效率降低，基于此，本發(fā)明實施例提供的一種直流ups電源裝置以及系統(tǒng)，可以解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的直流ups的常規(guī)裝置需要2至3個高頻變換器，而且放電時需要經(jīng)過兩級隔離變換到輸出，所以電路變換器較多，使邏輯時序控制復(fù)雜，造成放電效率降低的技術(shù)問題。

為便于對本實施例進行理解，首先對本發(fā)明實施例所公開的一種直流ups電源裝置以及系統(tǒng)進行詳細介紹。

實施例一：

本發(fā)明實施例提供的一種直流ups電源裝置，如圖1所示，直流ups電源裝置1包括：交流輸入電路11、直流輸出電路12以及電池充放電路13。

具體的，交流輸入電路11通過一個變壓器與直流輸出電路12以及電池充放電路13耦合連接：在交流輸入電路11有電流輸入時，交流輸入電路11通過變壓器向直流輸出電路12與電池充放電路13傳遞能量；在交流輸入電路11沒有電流輸入時，電池充放電路13通過變壓器向直流輸出電路12傳遞能量。

如圖2所示，交流輸入電路11包括功率因數(shù)校正電路111、直流母線112、直流側(cè)電容113以及諧振轉(zhuǎn)換電路114。在交流輸入電路11有電流輸入時，交流電經(jīng)功率因數(shù)校正電路111轉(zhuǎn)換為直流電，直流電經(jīng)直流母線112輸入至直流側(cè)電容113與諧振轉(zhuǎn)換電路114。

如圖3所示，電池充放電路13包括雙向升降壓電路131與整流電路132：在交流輸入電路11有電流輸入時，整流電路132為次級整流電路，雙向升降壓電路131轉(zhuǎn)變?yōu)榻祲鹤儞Q電路，電池充放電路13向電池進行充電；在交流輸入電路11沒有電流輸入時，雙向升降壓電路131為升壓變換電路，整流電路132為初級推挽電路，初級推挽電路向直流輸出電路12傳輸電量。

作為一個優(yōu)選方案，如圖4所示，諧振轉(zhuǎn)換電路114包括：第一開關(guān)管q1、第二開關(guān)管q2、繼電器k1、諧振電感l(wèi)r、諧振電容cr以及繞組np：在交流輸入電路11有電流輸入時，繼電器k1閉合，第一開關(guān)管q1與第二開關(guān)管q2輪流導(dǎo)通，諧振電感l(wèi)r、諧振電容cr與繞組np串聯(lián)，繞組np為變壓器的初級繞組；在交流輸入電路11沒有電流輸入時，繼電器k1、第一開關(guān)管q1與第二開關(guān)管q2關(guān)斷，繞組np為開路狀態(tài)。

其中，諧振轉(zhuǎn)換電路114可以包括：半橋諧振轉(zhuǎn)換電路或全橋諧振轉(zhuǎn)換電路。同樣的，整流電路132可以包括：全波同步整流電路或橋式整流電路。直流輸出電路12可以包括：次級倍壓同步整流電路、次級橋式整流電路與次級非同步整流電路中的一種。交流輸入的功率因數(shù)校正電路111也可以是交流輸入的功率因數(shù)校正單元。

如圖4所示，交流ac輸入有源功率因數(shù)校正(activepowerfactorcorrection,簡稱apfc)電路輸出高壓直流，其高壓直流電約為380v。因此，交流電經(jīng)apfc電路輸出至直流母線bus、直流側(cè)電容c1。合上繼電器k1，則開關(guān)管q1、開關(guān)管q2、諧振電感l(wèi)r、諧振電容cr以及變壓器初級繞組np構(gòu)成了半橋諧振(一個電感與兩個電容串聯(lián)，簡稱llc諧振)轉(zhuǎn)換電路。

作為本實施例的優(yōu)選實施方式，如圖4所示，變壓器次級繞組ns1、開關(guān)管q3、開關(guān)管q4、金屬膜電容c2、金屬膜電容c3以及電解電容co1構(gòu)成次級倍壓同步整流電路，vo為直流輸出。

如圖4所示，變壓器次級繞組ns2、變壓器次級繞組ns3、開關(guān)管q5、開關(guān)管q6以及電解電容co2構(gòu)成了次級全波同步整流電路。電解電容co2、開關(guān)管q7、開關(guān)管q8、電感以及電解電容co3構(gòu)成雙向降壓/升壓電路，co3輸出給電池充電。

在交流電正常時，直流母線112經(jīng)llc諧振轉(zhuǎn)換電路變換通過變壓器磁芯t同時給輸出及電池傳遞能量，c2與c3為金屬膜電容，容值比cr大一個數(shù)量級左右，繞組ns1與np耦合產(chǎn)生的漏感相比諧振電感l(wèi)r可以忽略不計，故繞組ns1及其整流的參數(shù)折算到初級，對初級諧振參數(shù)影響非常小，初級固有諧振頻率電壓環(huán)反饋取vo，通過調(diào)頻控制實現(xiàn)輸出穩(wěn)壓。由于llc諧振轉(zhuǎn)換電路在次級整流時繞組電壓被輸出電壓箝位，繞組ns2與繞組ns3相等，則co2經(jīng)降壓式變換電路變換給電池進行恒流恒壓bat充電。

在交流失電時，斷開繼電器k1，開關(guān)管q1與開關(guān)管q2關(guān)斷，繞組np開路，電解電容co1、電解電容co2、電解電容co3電壓開始下降，ns2與ns3構(gòu)成變壓器初級，繞組ns1為次級，降壓式變換器轉(zhuǎn)換為升壓式變換器的工作模式，繞組ns2、繞組ns3、開關(guān)管q5、開關(guān)管q6以及電解電容co2構(gòu)成推挽初級電路。繞組ns1、開關(guān)管q3、開關(guān)管q4、金屬膜電容c2、金屬膜電容c3以及電解電容co1構(gòu)成次級倍壓同步整流電路，且ns1、ns2與ns3耦合產(chǎn)生的漏感l(wèi)s與金屬膜電容c2、金屬膜電容c3產(chǎn)生電感電容諧振，則次級固有諧振頻率開關(guān)管q3、q4、q5、q6的開關(guān)頻率恒定工作在fr2處，諧振回路增益接近1，推挽初次級開關(guān)管均工作在零電流開通及關(guān)斷軟開關(guān)狀態(tài)，通過控制升壓變換器占空比(dutyratio)調(diào)節(jié)推挽輸入電壓，從而控制輸出電壓，輸出降壓與升壓工作模式的切換只需要調(diào)節(jié)占空比就能實現(xiàn)，輸出vo采用llc諧振轉(zhuǎn)換電路變頻控制與升壓變換器的脈沖寬度調(diào)制(pulsewidthmodulation，簡稱pwm)控制構(gòu)成電壓雙閉環(huán)控制，即可實現(xiàn)直流輸出的不間斷供電。

需要說明的是，半橋llc諧振也可以設(shè)計成全橋llc諧振電路，繞組ns1后端的整流電路也可以設(shè)計成橋式整流或采用非同步整流方式，繞組ns2、ns3后端的整流電路也可采用橋式電路。

本實施例中，在本實施例提供的直流ups裝置中，僅需設(shè)計一個高頻隔離變壓器，采用電力電子雙向變換及控制技術(shù)，能夠同時實現(xiàn)交流輸入與電池、輸出之間，電池與輸出之間的能量傳遞，使一個高頻變壓器實現(xiàn)多個變換器的復(fù)用。因此，通過直流ups裝置1可以達到減少變換器數(shù)量的效果，從而實現(xiàn)降低裝置成本，減小裝置體積、提高后備供電效率和電源功率密度等效果，同時還能夠提高工作效率，減少電路，降低器件及裝置的成本。

實施例二：

本發(fā)明實施例提供的一種直流ups電源系統(tǒng)，如圖5所示，直流ups電源系統(tǒng)2包括：充電電池21、負載22、交流電源23及上述實施例一提供的直流ups電源裝置。

進一步的是，交流電源23用于向直流ups電源裝置1中的交流輸入電路12輸入交流電，直流ups電源裝置1中的直流輸出電路12用于向負載22供電，直流ups電源裝置1中的電池充放電路13用于向充電電池21充電。

在這里示出和描述的所有示例中，任何具體值應(yīng)被解釋為僅僅是示例性的，而不是作為限制，因此，示例性實施例的其他示例可以具有不同的值。

應(yīng)注意到：相似的標號和字母在下面的附圖中表示類似項，因此，一旦某一項在一個附圖中被定義，則在隨后的附圖中不需要對其進行進一步定義和解釋。

本發(fā)明實施例提供的直流ups電源系統(tǒng)，與上述實施例提供的直流ups電源裝置具有相同的技術(shù)特征，所以也能解決相同的技術(shù)問題，達到相同的技術(shù)效果。

另外，在本發(fā)明實施例的描述中，除非另有明確的規(guī)定和限定，術(shù)語“安裝”、“相連”、“連接”應(yīng)做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接；可以是機械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，可以是兩個元件內(nèi)部的連通。對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以具體情況理解上述術(shù)語在本發(fā)明中的具體含義。

此外，術(shù)語“第一”、“第二”、“第三”僅用于描述目的，而不能理解為指示或暗示相對重要性。

在本申請所提供的幾個實施例中，應(yīng)該理解到，所揭露的系統(tǒng)、裝置和方法，可以通過其它的方式實現(xiàn)。以上所描述的裝置實施例僅僅是示意性的，例如，所述單元的劃分，僅僅為一種邏輯功能劃分，實際實現(xiàn)時可以有另外的劃分方式，又例如，多個單元或組件可以結(jié)合或者可以集成到另一個系統(tǒng)，或一些特征可以忽略，或不執(zhí)行。另一點，所顯示或討論的相互之間的耦合或直接耦合或通信連接可以是通過一些通信接口，裝置或單元的間接耦合或通信連接，可以是電性，機械或其它的形式。

所述作為分離部件說明的單元可以是或者也可以不是物理上分開的，作為單元顯示的部件可以是或者也可以不是物理單元，即可以位于一個地方，或者也可以分布到多個網(wǎng)絡(luò)單元上。可以根據(jù)實際的需要選擇其中的部分或者全部單元來實現(xiàn)本實施例方案的目的。

另外，在本發(fā)明各個實施例中的各功能單元可以集成在一個處理單元中，也可以是各個單元單獨物理存在，也可以兩個或兩個以上單元集成在一個單元中。

最后應(yīng)說明的是：以上所述實施例，僅為本發(fā)明的具體實施方式，用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案，而非對其限制，本發(fā)明的保護范圍并不局限于此，盡管參照前述實施例對本發(fā)明進行了詳細的說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解：任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，其依然可以對前述實施例所記載的技術(shù)方案進行修改或可輕易想到變化，或者對其中部分技術(shù)特征進行等同替換；而這些修改、變化或者替換，并不使相應(yīng)技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本發(fā)明實施例技術(shù)方案的精神和范圍，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護范圍應(yīng)所述以權(quán)利要求的保護范圍為準。