一種pfc整流器和不間斷電源的制作方法
【技術(shù)領域】
[0001]本發(fā)明涉及電力電子技術(shù)領域，尤其涉及一種PFC整流器和不間斷電源。
【背景技術(shù)】
[0002]在線不間斷電源(UPS,Uninterruptible Power Supply)中的功率因數(shù)校正(PFC,Power Factor Correct1n)整流電路在設計上盡可能的將AC/DC變換器與DC/DC變換器共用部分器件，以達到降低成本的目的。單電感前置方案，即在DC/DC變換器的輸入端增加PFC電感的方案能夠盡可能的降低成本，但采用單電感前置方案的大多數(shù)不間斷電源拓撲中，都存在電磁干擾的問題。
[0003]圖1a所示的使用單電池組的單相PFC整流電路中，在電池模式下，開關(guān)Kl接電池組DC的正極，開關(guān)K2閉合，在正母線電容Cl儲能時，開關(guān)管Q2常通，開關(guān)管Ql高頻斬波，在開關(guān)管Ql導通時，電流經(jīng)過電池組DC的正極、開關(guān)Kl、電感L1、二極管Dl、開關(guān)管Ql、開關(guān)管Q2到達電池組DC的負極，從而構(gòu)成儲能回路，給電感LI，即PFC電感充電；在開關(guān)管Ql關(guān)斷時，電池組DC與電感LI共同給正母線電容Cl充電，電流經(jīng)過電感L1、二極管D1、二極管D3、正母線電容Cl、開關(guān)管Q2、開關(guān)K2到達電池組DC的負極。由于開關(guān)管Q2常通，因此，電池組DC的負極箝位在交流電源AC的零線N的電位。
[0004]圖1a所示的電路，在電池模式下，開關(guān)Kl接電池組DC的正極，開關(guān)K2閉合，在負母線電容C2儲能時，開關(guān)管Ql常通，開關(guān)管Q2高頻斬波，在開關(guān)管Q2導通時，電流經(jīng)過電池組DC的正極、開關(guān)Kl、電感L1、二極管Dl、開關(guān)管Ql、開關(guān)管Q2到達電池組DC的負極，從而構(gòu)成儲能回路，給電感LI，即PFC電感充電；此時由于開關(guān)管Q2導通，因此，電池組DC的負極被箝位在交流電源AC的零線N的電位；在開關(guān)管Q2關(guān)斷時，電池組DC與電感LI共同給負母線電容C2充電，電流經(jīng)過電感L1、二極管Dl、開關(guān)管Ql、負母線電容C2、二極管D4、開關(guān)K2到達電池組DC的負極；此時由于二極管D4導通，因此，電池組DC的負極被箝位在負母線BUS-的電位。
[0005]也就是說，圖1a所示的使用單電池組的單相PFC整流電路在工作時，會導致電池組DC的負極的電位在交流電源AC的零線N的電位和負母線BUS-的電位之間高頻跳變，從而在電容C3(電池組DC的負極的對地電容)和電容C4(電池組DC的正極的對地電容)上形成很強的高頻的共模電流，即形成電磁干擾。
[0006]圖1b所示的使用單電池組的單相PFC整流電路中，在電池模式下，開關(guān)Kl接電池組DC的負極，開關(guān)K2閉合，在正母線電容Cl儲能時，開關(guān)管Q2常通，開關(guān)管Ql高頻斬波，在開關(guān)管Ql導通時，電流經(jīng)過電池組DC的正極、開關(guān)K2、開關(guān)管Ql、開關(guān)管Q2、二極管D2、電感LI到達電池組DC的負極，從而構(gòu)成儲能回路，給電感LI，即PFC電感充電；此時，由于開關(guān)管Ql導通，因此，電池組DC的正極被箝位在交流電源AC的零線N的電位；在開關(guān)管Ql關(guān)斷時，電池組DC與電感LI共同給正母線電容Cl充電，電流經(jīng)過電池組DC的正極、開關(guān)K2、二極管D3、正母線電容Cl、開關(guān)管Q2、二極管D2、電感LI到達電池組DC的負極；此時，由于二極管D3導通，因此，電池組DC的正極被箝位在正母線BUS+的電位。
[0007]圖1b所示的電路，在電池模式下，開關(guān)Kl接電池組DC的負極，開關(guān)K2閉合，在負母線電容C2儲能時，開關(guān)管Ql常通，開關(guān)管Q2高頻斬波，在開關(guān)管Q2導通時，電流經(jīng)過電池組DC的正極、開關(guān)K2、開關(guān)管Ql、開關(guān)管Q2、二極管D2、電感LI到達電池組DC的負極，從而構(gòu)成儲能回路，給電感LI，即PFC電感充電；在開關(guān)管Q2關(guān)斷時，電池組DC與電感LI共同給負母線電容C2充電，電流經(jīng)過開關(guān)K2、開關(guān)管Q1、負母線電容C2、二極管D4、二極管D2、電感LI到達電池組DC的負極；此時由于開關(guān)管Ql常通，因此，電池組DC的正極被箝位在交流電源AC的零線N的電位。
[0008]也就是說，圖1b所示的使用單電池組的單相PFC整流電路在工作時，會導致電池組DC的正極的電位在交流電源AC的零線N的電位和正母線BUS+的電位之間高頻跳變，從而在電容C3(電池組DC的負極的對地電容)和電容C4(電池組DC的正極的對地電容)上形成很強的高頻的共模電流，即形成電磁干擾。
[0009]綜上所述，現(xiàn)有的使用單電池組的PFC整流電路工作在電池模式下，在為與直流電源的一個電極相連的續(xù)流管所連接的母線電容儲能(即圖1a中的負母線電容C2或圖1b中的正母線電容Cl)時，直流電源的該電極的電位在交流電源的零線的電位和與直流電源的該電極相連的續(xù)流管所連接的母線的電位之間高頻跳變，這會在直流電源的正極的對地電容和電池組的負極的對地電容上形成很強的高頻的共模電流，從而形成電磁干擾。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]本發(fā)明實施例提供了一種PFC整流器和不間斷電源，用以解決現(xiàn)有的單電池組的UPS工作在電池模式下，在為與直流電源的一個電極相連的續(xù)流管所連接的母線電容儲能時，直流電源的該電極的電位在交流電源的零線的電位和與直流電源的該電極相連的續(xù)流管所連接的母線的電位之間高頻跳變，從而形成電磁干擾的問題。
[0011]基于上述問題，本發(fā)明實施例提供的一種PFC整流器，包括PFC整流電路、第一開關(guān)電路；
[0012]所述PFC整流電路中的正母線電容和負母線電容相連的連接點，通過所述第一開關(guān)電路連接所述PFC整流電路中的兩個開關(guān)管相連的連接點；
[0013]所述第一開關(guān)電路，用于在PFC整流器工作在電池模式下、且為所述PFC整流電路中的第一母線電容儲能時，在所述PFC整流電路中的PFC電感儲能的過程中關(guān)斷，并在所述PFC整流電路中的PFC電感釋放能量的過程中導通；
[0014]所述第一母線電容是所述PFC整流電路的正母線電容和負母線電容中與所述第一續(xù)流管直接相連的母線電容；所述PFC整流電路中的第一續(xù)流管是所述PFC整流電路的兩個續(xù)流管中與所述PFC整流電路中的第一整流管相連的續(xù)流管，所述第一整流管是所述PFC整流電路工作在電池模式下所述PFC整流電路中的兩個整流管中與直流電源相連的整流管；在電池模式下時，所述直流電源為所述PFC整流器供電。
[0015]進一步地，所述第一開關(guān)電路還用于:在PFC整流器工作在電池模式下、且為所述PFC整流電路中的第二母線電容儲能時導通；并在PFC整流器工作在市電模式下時導通；
[0016]所述第二母線電容是所述PFC整流電路的正母線電容和負母線電容中除第一母線電容以外的母線電容。
[0017]可選地，所述第一開關(guān)電路包括開關(guān)，或者包括開關(guān)管。
[0018]可選地，所述PFC整流電路中的第一續(xù)流管為二極管，或者為二極管與電容的并聯(lián)結(jié)構(gòu)。
[0019]可選地，所述PFC整流電路中的第一續(xù)流管為二極管與開關(guān)的并聯(lián)結(jié)構(gòu)；所述第一續(xù)流管中的開關(guān)在所述PFC整流器工作在電池模式下為第一母線電容儲能的過程中PFC電感儲存能量時閉合；并在以下兩種情況時的任一種情況下斷開:所述PFC整流器工作在市電模式、所述PFC整流器工作在電池模式下為第二母線電容儲能；
[0020]其中，所述第二母線電容為所述PFC整流電路的正母線電容和負母線電容中除所述第一母線電容以外的母線電容。
[0021]可選地，所述PFC整流電路中的第一續(xù)流管為反并聯(lián)體二極管的開關(guān)管；所述第一續(xù)流管中的開關(guān)管在所述PFC整流器工作在電池模式下為第一母線電容儲能的過程中PFC電感儲存能量時導通；并在以下兩種情況時的任一種情況下關(guān)斷:所述PFC整流器工作在市電模式、所述PFC整流器工作在電池模式下為第二母線電容儲能；
[0022]其中，所述第二母線電容為所述PFC整流電路的正母線電容和負母線電容中除所述第一母線電容以外的母線電容。
[0023]可選地，所述PFC整流電路為單相PFC整流電路，或者為多相PFC整流電路。
[0024]較佳地，所述PFC整流器還包括第二開關(guān)電路；所述第二開關(guān)電路的一端連接所述PFC整流電路中的正母線電容和負母線電容相連的連接點；所述第二開關(guān)電路的另一端連接，所述PFC整流電路中的第一續(xù)流管與所述PFC整流電路中的第一開關(guān)管相連的連接點；所述第一開關(guān)管是所述PFC整流電路的兩個開關(guān)管中與所述第一整流管直接相連的開關(guān)管。
[0025]可選地，所述第一開關(guān)電路包括二極管；若所述第一母線電容為所述PFC整流電路中的負母線電容，則所述第一開關(guān)電路中的二極管的陰極連接所述PFC整流電路中的正母線電容和負母線電容相連的連接點，所述第一開關(guān)電路中的二極管的陽極連接所述PFC整流電路中的兩個開關(guān)管相連的連接點；
[0026]若所述第一母線電容為所述PFC整流電路中的正母線電容，則所述第一開關(guān)電路中的二極管的陽極連接所述PFC整流電路中的正母線電容和負母線電容相連的連接點，所述第一開關(guān)電路中的二極管的陰極連接所述PFC整流電路中的兩個開關(guān)管相連的連接點。
[0027]本發(fā)明實施例提供的一種UPS,包括本發(fā)明實施例提供的PFC整流器。
[0028]本發(fā)明實施例的有益效果包括:
[0029]本發(fā)明實施例提供的一種PFC整流器和不間斷電源，當PFC整流器工作在電池模式下、且為PFC整流電路中的第一母線電容儲能時，在所述PFC整流電路中的PFC電感儲能的過程中第一開關(guān)電路關(guān)斷，即PFC整流電路中的兩個開關(guān)管相連的連接點與PFC整流電路中的正母線電容和負母線電容相連的連接點斷開，因此，為PFC電感儲能時的儲能回路與PFC整流器接收的交流電源的零線斷開，這會使得直流電源中與第一整流管相連的電極的電壓不等于PFC整流電路中的正母線電容和負母線電容相連的連接點的電壓，即交流電源的零線上的電壓，而等于PFC整流電路的第一母線輸出端(第一母線輸出端是第一母線電容與第一續(xù)流管相連的連接點)的電壓經(jīng)過第一開關(guān)電路和第一續(xù)流管經(jīng)過分壓后的電壓，分壓后的電壓的絕對值大于零線上的電壓；PFC整流器工作在電池模式下、且為PFC整流電路中的第一母線電容儲能時，在所述PFC整流電路中的PFC電感釋放能量的過程中，第一開關(guān)電路導通，即PFC整流電路中的兩個開關(guān)管相連的連接點與PFC整流電路中的正母線電容和負母線電容相連的連接點接通，PFC整流器處于續(xù)流狀態(tài)，此時第一續(xù)流管導通，這會使得直流電源中與第一整流管相連的電極的電壓等于PFC整流電路的第一母線輸出端的電壓；因此，相比于現(xiàn)有技術(shù)中的使用單電池組的PFC整流電路工作在電池模式下，在為第一母線電容儲能時，電池中與第一整流管相連的電負極的電位在交流電源的零線的電位和第一母線輸出端的電位之間跳變而言，本發(fā)明實施例提出的PFC整流器工作在電池模式下，在為第一母線電容儲能時，直流電源中與第一整流管相連的電極的電位跳變的幅度減小了，這會減小電磁干擾。
【附圖說明】
[0030]圖1a和圖1b為現(xiàn)有技術(shù)中使用單電池組的單相PFC整流電路的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0031]圖2a-圖18b為本發(fā)明實施例提供的各種單相PFC整流器的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0032]圖19a-圖35b為本發(fā)明實施例提供的各種三相PFC整流器的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0033]本發(fā)明實施例提供的PFC整流器和不間斷電源，當PFC整流器工作在電池模式下、且為PFC整流電路中的第一母線電容儲能時，在所述PFC整流電路中的PFC電感儲能的過程中第一開關(guān)電路關(guān)斷，從而使得為PFC電感儲能時的儲能回路與PFC整流器接收的交流電源的零線斷開，這會使得直流電源中與第一整流管相連的電極的電壓等于PFC整流電路的第一母線輸出端的電壓經(jīng)過第一開關(guān)電路和第一續(xù)流管經(jīng)過分壓后的電壓，分壓后的電壓的絕對值大于零線上的電壓，而PFC整流器工作在電池模式下、且為PFC整流電路中的第一母線電容儲能時，在所述PFC整流電路中的PFC電感釋放能量的過程中，第一開關(guān)電路導通，PFC整流器處于續(xù)流狀態(tài)，第一續(xù)流管的導通使得直流電源中與第一整流管相連的電極的電壓等于PFC整流電路的第一母線輸出端的電壓；這相比于現(xiàn)有技術(shù)中的PFC整流電路，工作在電池模式下、且為PFC整流電路中的第一母線電容儲能時，電池組中與第一整流管相連的電極的電壓在交流電源的零線的電壓和第一母線輸出端的電壓之間跳變而言，直流電源中與第一整流管相連的電極的電位跳變的幅度減小了，從而降低了電磁干擾。
[0034]下面結(jié)合說明書附圖，對本發(fā)明實施例提供的一種PFC整流器和不間斷電源的【具體實施方式】進行說明。
[0035]本發(fā)明實施例提供的PFC整流器中的PFC整流電路可以為單相PFC整流電路，也可以為多相PFC整流電路。下面首先以本發(fā)明實施例提供的PFC整流器中的PFC整流電路為單相PFC整流電路為例進行說明。
[0036]本發(fā)明實施例提供的PFC整流器，如圖2a和圖2b所示包括PFC整流電路、第一開關(guān)電路21 ；
[0037]所述PFC整流電路中的正母線電容(電容Cl)和負母線電容(電容C2)相連的連接點N，通過第一開關(guān)電路21連接所述PFC整流電路中的兩個開關(guān)管相連的連接點M ；
[0038]第一開關(guān)電路21，用于在PFC整流器工作在電池模式下、且為所述PFC整流電路中的第一母線電容儲能時，在所述PFC整流電路中的PFC電感儲能的過程中關(guān)斷，并在所述PFC整流電路中的PFC電感釋放能量的過程中導通；
[0039]所述第一母線電容是所述PFC整流電路的正母線電容和負母線電容中與所述第一續(xù)流管直接相連的母線電容；所述PFC整流電路中的第一續(xù)流管是所述PFC整流電路的兩個續(xù)流管中與所述PFC整流電路中的第一整流管相連的續(xù)流管，所述第一整流管是所述PFC整流電路工作在電池模式下所述PFC整流電路中的兩個整流管中與直流電源相連的整流管；在電池模式下時，所述直流電源為所述PFC整流器供電。
[0040]在圖2a中，也就是本發(fā)明實施例提供的PFC整流器工作在電池模式下直流電源DC的正極連接PFC電感，即電感LI，第一母線電容為電容C2，第一整流管為二極管D2。在圖2b中，也就是本發(fā)明實施例提供的PFC整流器工作在電池模式下直流電源DC的負極連接PFC電感，即電感LI，第一母線電容為電容Cl，第一整流管為二極管Dl。
[0041]圖2a所示的PFC整流器包括:二極管Dl和二極管D2串聯(lián)形成第一支路，開關(guān)管Ql和開關(guān)管Q2串聯(lián)形成第二支路，PFC電感、即電感LI的一端連接二極管Dl和二極管D2相連的連接點；第一支路與第二支路并聯(lián)后的一端通過二極管D3連接正母線電容，即電容Cl的一端，二極管D3與電容Cl相連的一端為PFC整流器的正母線輸出端BUS+ ;第一支路與第二支路并聯(lián)后的另一端通過第一續(xù)流管22連接負母線電容，即電容C2的一端，電容C2的另一端連接電容Cl的另一端，第一續(xù)流管22與電容C2相連的一端為PFC整流器的負母線輸出端BUS-；電容Cl和電容C2相連的連接點N的電壓為交流電源AC中的零線N上的電壓，開關(guān)管Ql和開關(guān)管Q2相連的連接點M通過第一開關(guān)電路21連接電容Cl和電容C2相連的連接點N。
[0042]當圖2a所示的PFC整流器工作在電池模式下時，PFC電感，即電感LI通過開關(guān)Kl連接直流電源DC的正極，開關(guān)K2閉合。當圖2a所示的PFC整流器工作在電池模式下為第一母線電容，即電容C2儲能時，開關(guān)管Ql導通，開關(guān)管Q2高頻斬波，在電感LI儲能的過程中，第一開關(guān)電路21斷開，直流電源DC、電感L1、二極管D1、開關(guān)管Q1、開關(guān)管Q2構(gòu)成儲能回路，為電感LI儲能，直流電源DC的負極的電位不會因為開關(guān)管Q2的導通被拉至零線N的電位，直流電源DC的負極的電位為負母線輸