一種單電池組在線不間斷電源ups電路及其控制方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及電源電路技術領域，尤其涉及一種單電池組在線不間斷電源UPS電路及其控制方法。
【背景技術】
[0002]追求低成本、高效率、高功率密度、高可靠性一直是不間斷電源UPS設計的目標。單電感無橋PFC電源電路在成本、電感利用率、效率及高功率密度方面具有優(yōu)勢。但是在單相UPS系統(tǒng)中,在無橋Vienna-1ike結(jié)構(gòu)中掛接單電池組比較困難。
[0003]如圖1所示，在無橋Vienna-1ike結(jié)構(gòu)中不掛接單電池組時通過AC供電時，將開關Kl接通交流電源AC，開關K2斷開，在AC的正半周，Ql、Q3處于導通狀態(tài)，則電流流向為AC正-L1-Q1-Q3-AC負，為電感LI儲能；儲能過程結(jié)束后，關斷Ql，則電流流向為AC正-Ll-Dl-Cl-AC負，實現(xiàn)為正母線(BUS+和零線N)儲能；在AC的負半周，Q3、Q1處于導通狀態(tài)，則電流流向為AC正-Q3-Q1-L1-AC負，為電感LI儲能；儲能過程結(jié)束后，關斷Q3，則電流流向為AC正-C2-D2-L1-AC負，實現(xiàn)為負母線(BUS+和零線N)儲能。
[0004]目前在無橋Vienna-1ike結(jié)構(gòu)中掛接單電池組有兩種方式，一種方式為將Vienna-1ike結(jié)構(gòu)與BUCK-B00ST電路組合,另一種方式為采用兩套無橋的Vienna-1ike電路。
[0005]如圖1所示為將Vienna-1ike結(jié)構(gòu)與BUCK-B00ST電路組合的方式，即在原來電路結(jié)構(gòu)上增加了由單電池組BAT、開關管Q2、二極管D3和電感L2組成的電路。將Kl與電池組BAT接通且關閉開關K2時，關斷開關管Q2，Q1、Q3導通，電流流向為BAT正-L1-Q1-Q3-BAT負，實現(xiàn)電感LI儲能；儲能結(jié)束后，關斷Ql，則電流流向為BAT正-Ll-Dl-Cl-BAT負，實現(xiàn)為正母線儲能；之后關斷Q1，驅(qū)動Q2導通，則電流流向為BAT正-Q2-L2-BAT負，實現(xiàn)為電感L2儲能；儲能結(jié)束后關斷Q2，電流流向為L2正-C2-D3-L2負，實現(xiàn)為負母線儲能。
[0006]如圖2所示為采用兩套無橋的Vienna-1ike電路，即在原來電路結(jié)構(gòu)上增加了由單電池組BAT、開關管Q2、開關管Q5、二極管D3、二極管D4，二極管D3、二極管D3’和電感L2組成的電路。通過單電池組BAT供電時，將K1、K2與單電池組BAT接通，QU Q3、Q2、Q5導通，電流流向為BAT正-L1-Q1-Q3-Q5-Q2-L2-BAT負，實現(xiàn)電感LI和電感L2儲能；儲能結(jié)束后，關斷QlJj電流流向為BAT正-L1-D1-C1-Q5-Q2-L2-BAT負，實現(xiàn)為正母線儲能；之后關斷Q5，使Ql、Q3導通，則電流流向為BAT正-L1-Q1-Q3-C2-D4-L2-BAT負，實現(xiàn)為負母線儲倉泛。
[0007]對于第一種單電池組掛接方式，雖然可以實現(xiàn)并機共用單電池組,但BUCK_B00ST增加了系統(tǒng)的成本，功率密度難以做到最優(yōu)；對于第二種單電池組掛接方式，采用增加一套PFC電路完成單電池組掛接，此拓撲在兩相系統(tǒng)中有很大的優(yōu)勢，因為PFC和DC/DC完全共用，PFC和DC/DC容量設計相對比較一致，但此拓撲單相市電輸入，單相市電被拆分兩相，市電設計的容量只有電池DC/DC設計容量的一半就可以滿足要求，但是為了完全的共用，每一路的容量必須設計到電池容量的要求，并且無法實現(xiàn)電池組共用，電池模式電磁干擾問題較大，成本和功率密度的設計難實現(xiàn)最優(yōu)設計。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明實施例提供一種單電池組在線不間斷電源UPS電路及其控制方法，既降低了硬件資源消耗，又可以有效抑制電磁干擾。
[0009]本發(fā)明提供一種單電池組在線不間斷電源UPS電路，包括交流電源AC、單電池組BAT、開關K1、電感、第一開關器件、第三開關器件、第四開關器件、第五開關器件、第一電容和第二電容，所述開關Kl 一端與電感連接,另一端與AC—端連接或與BAT —端連接；所述開關Kl另一端與AC—端連接時，所述AC、開關K1、電感、第一開關器件和第三開關器件依次串聯(lián)形成第一回路；所述第四開關器件和第一電容依次串聯(lián)形成第一支路，第一開關器件和第三開關器件依次串聯(lián)形成第二支路，第五開關器件和第二電容依次串聯(lián)形成第三支路，所述第一支路、第二支路和第三支路并聯(lián)連接，其中，第四開關器件、第一開關器件、第五開關器件位于同一連接點并與電感的一端連接，第一電容、第三開關器件、第二電容位于同一連接點并與AC的一端連接；該UPS電路還包括:
[0010]第二開關器件和第六開關器件，其中:
[0011]所述第二開關器件一端連接在第一開關器件和第三開關器件之間，另一端與BAT負端連接，第六開關器件一端連接在第五開關器件和第二電容之間，另一端與BAT負端連接;
[0012]或者，所述第二開關器件一端連接在第一開關器件和第三開關器件之間，另一端與BAT正端連接，所述第六開關器件一端連接在第四開關器件和第一電容之間，另一端與BAT正端連接。
[0013]優(yōu)選地，所述第二開關器件另一端與BAT負端連接，第六開關器件一端連接在第五開關器件和第二電容之間，另一端與BAT負端連接，則所述開關Kl另一端與BAT正端連接時，在正半周周期內(nèi)，導通第一開關器件和第二開關器件為電感儲能，儲能結(jié)束后，關斷第一開關器件并導通第三開關器件、第四開關器件為第一電容充電，在負半周周期內(nèi)，導通第一開關器件和第二開關器件為電感儲能，儲能結(jié)束后，關斷第二開關器件，導通第三開關器件和第六開關器件為第二電容充電；
[0014]或者
[0015]所述第二開關器件另一端與BAT正端連接，所述第六開關器件一端連接在第四開關器件和第一電容之間，另一端與BAT正端連接，則所述開關Kl另一端與BAT負端連接時，在正半周周期內(nèi)，導通第二開關器件和第一開關器件為電感儲能，儲能結(jié)束后，關斷第二開關器件，導通第六開關器件、第三開關器件為第一電容充電，在負半周周期內(nèi)，導通第二開關器件和第一開關器件為電感儲能，儲能結(jié)束后，關斷第一開關器件并導通第三開關器件、第五開關器件為第二電容充電。
[0016]優(yōu)選地，所述第六開關器件的兩端還并聯(lián)連接有電容。
[0017]優(yōu)選地，第一開關器件、第三開關器件為實現(xiàn)整流和高頻斬波功能的電路，所述第二開關器件為由外部驅(qū)動控制斬波的高頻開關管。
[0018]優(yōu)選地，所述第一開關器件、第三開關器件為帶體內(nèi)二極管的絕緣柵雙極型晶體管IGBT，或為金屬氧化物半導體場效應管M0SFET，或為如下任意多個器件的組合:
[0019]IGBT、MOSFET、二極管。
[0020]優(yōu)選地，所述第四開關器件、第五開關器件和第六開關器件為二極管，或為包含二極管的開關管。
[0021]本發(fā)明還提供一種單電池組在線不間斷電源UPS電路，包括一個單電池組BAT和至少兩個不間斷電源UPS模塊，每個UPS模塊包括:交流電源AC、開關K1、電感、第一開關器件、第三開關器件、第四開關器件、第五開關器件、第一電容和第二電容，其中，對于每個UPS模塊:所述開關Kl 一端與電感連接，另一端與AC的一端或與BAT的一端連接；所述開關Kl另一端與AC—端連接時，所述AC、開關、電感、第一開關器件和第三開關器件依次串聯(lián)形成第一回路；所述第四開關器件和第一電容依次串聯(lián)形成第一支路，所述第一開關器件和第三開關器件依次串聯(lián)形成第二支路，所述第五開關器件和第二電容依次串聯(lián)形成第三支路，所述第一支路、第二支路和第三支路并聯(lián)連接，其中，第四開關器件、第一開關器件、第五開關器件位于同一連接點并與電感的一端連接，第一電容、第三開關器件、第二電容位于同一連接點并與AC的一端連接，其特征在于，對于每個UPS模塊，還包括:
[0022]第二開關器件和第六開關器件，其中:
[0023]所述第二開關器件一端連接在第一開關器件和第三開關器件之間，另一端與BAT負端連接，第六開關器件一端連接在第五開關器件和第二電容之間，另一端與BAT負端連接;
[0024]或者，所述第二開關器件一端連接在第一開關器件和第三開關器件之間，另一端與BAT正端連接，所述第六開關器件一端連接在第四開關器件和第一電容之間，另一端與BAT正端連接。
[0025]優(yōu)選地，所述第二開關器件另一端與BAT負端連接，第六開關器件一端連接在第五開關器件和第二電容之間，另一端與BAT負端連接，則所述開關Kl另一端與BAT正端連接時，在正半周周期內(nèi)，導通第一開關器件和第二開關器件為電感儲能，儲能結(jié)束后，關斷第一開關器件并導通第三開關器件、第四開關器件為第一電容充電，在負半周周期內(nèi)，導通第一開關器件和第二開關器件為電感儲能，儲能結(jié)束后，關斷第二開關器件，導通第三開關器件和第六開關器件為第二電容充電；
[0026]或者
[0027]所述第二開關器件另一端與BAT正端連接，所述第六開關器件一端連接在第四開關器件和第一電容之間，另一端與BAT正端連接，則所述開關Kl另一端與BAT負端連接時，在正半周周期內(nèi)，導通第二開關器件和第一開關器件為電感儲能，儲能結(jié)束后，關斷第二開關器件，導通第六開關器件、第三開關器件為第一電容充電，在負半周周期內(nèi)，導通第二開關器件和第一開關器件為電感儲能，儲能結(jié)束后，關斷第一開關器件并導通第三開關器件、第五開關器件為第二電容充電。
[0028]本發(fā)明還提供一種基于上述UPS電路的控制方法，包括:
[0029]將開關Kl與電感和BAT正端連接；
[0030]在正半周周期內(nèi)，導通第一開關器件和第二開關器件為電感儲能，儲能結(jié)束后，關斷第一開關器件并導通第三開關器件、第四開關器件為第一電容充電；
[0031]在負半周周期內(nèi)，導通第一開關器件和第二開關器件為電感儲能，儲能結(jié)束后，關斷第二開關器件，導通第三開關器件和第六開關器件為第二電容充電；
[0032]或者