專利名稱：一種不間斷電源及其控制方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種不間斷電源，本發(fā)明還涉及一種不間斷電源的控制方法。
背景技術：
現(xiàn)有的不間斷電源電路結構比較復雜、效率低。

發(fā)明內容
本發(fā)明所要解決的技術問題就是為了克服以上的不足，提出了一種簡 單的不間斷電源及其控制方法。
本發(fā)明的技術問題通過以下的技術方案予以解決 一種不間斷電源， 包括升壓模塊和逆變模塊，在電池模式下所述升壓模塊將電池電壓升壓并 輸出至逆變模塊，所述逆變模塊將接收到的直流電壓信號逆變成交流信號， 所述升壓模塊包括依次相連的第一開關管、第二電感、第一二極管、第一 電容、第二電容、第二二極管、第一電感和第二開關管，以及第三開關管 和第四開關管；所述第三開關管源極耦合在所述第一開關管的源極和第二
開關管的漏極之間，所述第三開關管漏極耦合在第二電感和第一二極管陽 極之間，所述第四開關管漏極耦合在所述第一開關管的源極和第二開關管
的漏極之間，所述第四開關管源極耦合在第一電感和第二二極管陰極之間； 所述第一開關管漏極耦合在電池正極與第二電感之間，所述第二開關管源 極耦合在電池負極與第一電感之間。
所述不間斷電源，還包括第一電流互感器和第二電流互感器，所述第 三開關管漏極經第一電流互感器的原邊連接在第二電感和第一二極管陽極 之間，所述第四開關管源極經第二電流互感器的原邊連接在第一電感和第 二二極管陰極之間；所述第一電流互感器和第二電流互感器的副邊分別耦 合至電流采集模塊，所述電流采集模塊與升壓模塊控制器相耦合，所述電 流采集模塊采集流過第一電感或第二電感上的電流并輸出至升壓模塊控制 器，所述升壓模塊控制器將第一 電感或第二電感上流過的電流與電流環(huán)給 定進行比較再通過比例控制產生相應控制信號輸出至第四開關管或第三開 關管。一種對上述不間斷電源的控制方法，判斷逆變模塊的控制器的調制信 號是否大于第一預設值，如果是則輸出導通信號至第二開關管、關斷信號
至第一開關管；如果否則判斷逆變模塊的控制器的調制信號是否小于第二
預設值，如果是則輸出導通信號至第一開關管、關斷信號至第二開關管， 如果否則輸出關斷信號至第一開關管和第二開關管。
所述控制方法還包括所述第二開關管先于第三開關管開通，所述第
三開關管先于第二開關管關閉；所述第一開關管先于第四開關管開通，所
述第四開關管先于第一開關管關閉。
所述控制方法還包括采集第一電感、第二電感上流過的電流，將第一 電感或第二電感上流過的電流與電流環(huán)給定進行比較再通過比例控制產生 相應控制信號輸出至第四開關管或第三開關管，以使第一電感、第二電感 上流過的電流鎖定在電流環(huán)給定上。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術對比的有益效果是本發(fā)明的不間斷電源電路結構 簡單、效率高。本發(fā)明的控制方法可以降低開關管的應力，提高電池模式
下整機效率。


圖1是本發(fā)明具體實施方式
的不間斷電源的結構示意圖； 圖2是本發(fā)明具體實施方式
的不間斷電源工作在逆變負半周電感充電 過程示意圖3是本發(fā)明具體實施方式
的不間斷電源工作在逆變負半周電感放電 過程示意圖4是本發(fā)明具體實施方式
的不間斷電源工作在逆變負正周電感充電 過程示意圖5是本發(fā)明具體實施方式
的不間斷電源工作在逆變正半周電感放電 過程示意圖6是本發(fā)明具體實施方式
的不間斷電源工作在逆變正半周電感放電 過程示意圖7是本發(fā)明具體實施方式
的不間斷電源在電池模式下的控制示意圖。
具體實施例方式
下面通過具體的實施方式并結合附圖對本發(fā)明做進一步詳細說明。如圖1所示， 一種不間斷電源，包括升壓模塊和逆變模塊，在電池模 式下所述升壓模塊將電池電壓升壓并輸出至逆變模塊，所述逆變模塊將接 收到的直流電壓信號逆變成交流信號。所述升壓模塊包括第一開關管Ql、
第二電感L2、第一二極管D1、第一電容C1、第二電容C2、第二二極管 D2、第一電感L1、第二開關管Q2、第三開關管Q3和第四開關管Q4。
如圖l所示，所述第一開關管Q1、第二電感L2、第一二極管D1、第 一電容Cl 、第二電容C2、第二二極管D2、第一電感Ll和第二開關管Q2， 以及第三開關管Q3和第四開關管Q4依次相連。
所述第三開關管Q3源極耦合在所述第一開關管Ql的源極和第二開關 管Q2的漏極之間，所述第三開關管Q3漏極耦合在第二電感L2和第一二 極管D1陽極之間，所述第四開關管Q4漏極耦合在所述第一開關管Q1的 源極和第二開關管Q2的漏極之間，所述第四開關管Q4源極耦合在第一電 感L1和第二二極管D2陰極之間。
所述第一開關管Ql漏極耦合在電池正極與第二電感L2之間，所述第 二開關管Q2源極耦合在電池負極與第一電感L1之間。具體而言，所述第 一開關管Q1漏極經第三繼電器RY3、保險絲F4與電池正極相連，所述第 二開關管Q2源極與電池負極相連。
如圖1所示，所述不間斷電源還包括第一電流互感器CT1和第二電流 互感器CT2、電流采集模塊和升壓模塊控制器(圖未示)。所述第三開關 管Q3漏極經第一電流互感器CT1的原邊連接在第二電感L2和第一二極 管Dl陽極之間，所述第四開關管Q4源極經第二電流互感器CT2的原邊 連接在第一電感L1和第二二極管D2陰極之間。所述第一電流互感器CT1 的副邊耦合至電流采集模塊，第二電流互感器CT2的副邊也耦合至電流采 集模塊，所述電流采集模塊與升壓模塊控制器相耦合。所述電流采集模塊 采集流過第一電感Ll或第二電感L2上的電流并輸出至升壓模塊控制器， 所述升壓模塊控制器將第一電感Ll或第二電感L2上流過的電流與電流環(huán) 給定進行比較再通過比例控制產生相應控制信號輸出至第四開關管Q4或 第三開關管Q3。所述控制信號為脈寬調制(Pulse Width Modulation,簡稱 PWM)信號，通過調節(jié)PWM信號的占空比，可以改變流過第一電感L1 或第二電感L2上的電流。
圖1所示的不間斷電源是單相輸出的。逆變模塊單相輸出是為了能夠 使UPS的能量從整流到逆變都比較平穩(wěn)。上述不間斷電源的工作原理如下
如圖2所示，當逆變處于負半周的時候，第一開關管Q1開通，開關 頻率可為100HZ，第四開關管Q4做高頻斬波，當?shù)谒拈_關管Q4開通時， 第一電感L1儲能，其電流流向見圖2。
如圖3所示，當?shù)谝婚_關管Q1導通，第四開關管Q4關斷時，第一電 感L1放電，給負母線(C2)充電，其電流流向見圖3。
如圖4所示，當逆變處于正半周的時候，第二開關管Q2開通，開關 頻率可為100HZ，第三開關管Q3做高頻斬波，當?shù)谌_關管Q3導通時， 第二電感L2儲能，其電流流向如圖4所示。
如圖5所示，當?shù)诙_關管Q2導通，第三開關管Q3關斷時，第二電 感L2放電，給正母線(Cl)充電，其電流流向如圖5所示
在電池模式下為了維持母線的穩(wěn)定，那么對第一開關管Q1和第二開 關管Q2的控制就比較重要了。如圖6所示，上述UPS可采用如下控制方 法判斷逆變模塊的控制器的調制信號是否大于第一預設值a，如果是則 輸出導通信號至第二開關管Q2、關斷信號至第一開關管Q1;如果否則判 斷逆變模塊的控制器的調制信號是否小于第二預設值-b，如果是則輸出導 通信號至第一開關管Q1、關斷信號至第二開關管Q2，如果否則輸出關斷 信號至第一開關管Ql和第二開關管Q2。在圖6中，正弦波是逆變模塊 的控制器的調制信號的參考波形。在al a2這段時間內第二開關管Q2 導通、第一開關管Q1關斷，在bl b2這段時間內Ql導通，第一開關管 Ql導通、第二開關管Q2關斷，在a2 bl這段時間自然生成了死區(qū)。
根據(jù)對UPS工作原理的分析，在逆變的正半周對應的應該是由第二 開關管Q2和第三開關管Q3組成的回路；在逆變的負半周應該是由第一 開關管Ql和第四開關管Q4組成的回路。么對第一開關管Ql和第二開 關管Q2的控制必須和逆變的正負交替同步，又因為Ql和Q2是并聯(lián)在 電池正負兩端的，所以第一開關管Ql和第二開關管Q2是不能直通的， 不然會短路電池，所以第一開關管Ql和第二開關管Q2之間是要留有死 區(qū)時間的，但是死區(qū)時間也不能留的時間太長，不然會影響到逆變波形。 另外，在UPS的工作過程中，逆變模塊存在鎖相調節(jié)的過程，比如， 當輸入由市電切換到電池，那么逆變的跟蹤對象從旁路變成了本振，那么 在逆變鎖相調整過程中，為了保持母線的穩(wěn)定，我們選擇了逆變模塊的控 制器的調制信號作為第一開關管Ql和第二開關管Q2的控制參考波形。逆變鎖相過程中，逆變波形的相移比較大，采用本發(fā)明的方法對第一開關
管Ql和第二開關管Q2的控制，可以保證逆變輸出在整個鎖相過程中平 穩(wěn)過渡，保證輸入和輸出的能量的平衡也不會引起母線有大的波動。
本發(fā)明中，生成死區(qū)，沒有使用現(xiàn)有技術的留有固定的延時時間的方 法，因為這樣很難保證逆變器在各種工況下的瞬態(tài)變化，我們直接利用正 負半周門限值a、 -b，自然生成了死區(qū)。這種死區(qū)雖然會導致在逆變的過 零點處沒有控制波形的發(fā)出，但是這個時候，無論是阻性載還是整流載都 是電流為零或者說接近零的時刻，所以靠母線電容的能量完全可以支撐， 不會引起逆變波形的失真。
本發(fā)明中，升壓模塊的工作時序要和逆變時序相吻合，這能保證整機 的能量平穩(wěn)的流動減小母線紋波以及無功損耗。
上述UPS還采用如下控制方法
所述第二開關管Q2先于第三開關管Q3開通，所述第三開關管Q3 先于第二開關管Q2關閉；所述第一開關管Ql先于第四開關管Q4開通， 所述第四開關管Q4先于第一開關管Ql關閉。這避免了在第一開關管Ql 和第二開關管Q2兩端產生高壓應力，
如圖7所示，上述UPS還采用如下控制方法
采集第一電感L1、第二電感L2上流過的電流，將第一電感L1或第 二電感L2上流過的電流與電流環(huán)給定進行比較再通過比例控制產生相應 控制信號輸出至第四開關管Q4或第三開關管Q3，以使第一電感L1、第 二電感L2上流過的電流鎖定在電流環(huán)給定上。由于第一開關管Ql和第二 開關管Q2之間留有死區(qū)時間，那么UPS輸出帶滿載的情況下電池電流每 隔一段時間，就要從額定值變?yōu)榱闳缓箝g隔另一端時間再變到額定值，在 這種情況下，電池電流會以工頻周期發(fā)生比較大的畸變，這樣就影響了電 池模式下的整機效率。本發(fā)明可以避免上述情況、提高UPS在電池模式下 的動態(tài)響應能力、提高整機效率。
本發(fā)明對于提高單組電池在UPS中產生正負母線的拓撲有著很好的 電池電流效果，因為一般針對正負雙極性母線的情況下， 一般會對正負母 線各用一組電池，這樣電池的電流基本就是處于連續(xù)狀態(tài)，但是當采用單 組電池的時候，電池電流就需要人為的加以控制達到平滑的目的。
以上內容是結合具體的優(yōu)選實施方式對本發(fā)明所作的進一步詳細說 明，不能認定本發(fā)明的具體實施只局限于這些說明。對于本發(fā)明所屬技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發(fā)明構思的前提下，還可以做出若 干簡單推演或替換，都應當視為屬于本發(fā)明的保護范圍。
權利要求
1.一種不間斷電源，包括升壓模塊和逆變模塊，在電池模式下所述升壓模塊將電池電壓升壓并輸出至逆變模塊，所述逆變模塊將接收到的直流電壓信號逆變成交流信號，其特征在于所述升壓模塊包括依次相連的第一開關管(Q1)、第二電感(L2)、第一二極管(D1)、第一電容(C1)、第二電容(C2)、第二二極管(D2)、第一電感(L1)和第二開關管(Q2)，以及第三開關管(Q3)和第四開關管(Q4)；所述第三開關管(Q3)源極耦合在所述第一開關管(Q1)的源極和第二開關管(Q2)的漏極之間，所述第三開關管(Q3)漏極耦合在第二電感(L2)和第一二極管(D1)陽極之間，所述第四開關管(Q4)漏極耦合在所述第一開關管(Q1)的源極和第二開關管(Q2)的漏極之間，所述第四開關管(Q4)源極耦合在第一電感(L1)和第二二極管(D2)陰極之間；所述第一開關管(Q1)漏極耦合在電池正極與第二電感(L2)之間，所述第二開關管(Q2)源極耦合在電池負極與第一電感(L1)之間。
2. 根據(jù)權利要求1所述的不間斷電源，其特征在于還包括第一電流互感 器(CT1)和第二電流互感器(CT2)，所述第三開關管(Q3)漏極經第一 電流互感器(CT1)的原邊連接在第二電感(L2)和第一二極管(Dl)陽 極之間，所述第四開關管(Q4)源極經第二電流互感器(CT2)的原邊連 接在第一電感(Ll)和第二二極管(D2)陰極之間；所述第一電流互感器(CT1)和第二電流互感器(CT2)的副邊分別耦合至電流采集模塊，所 述電流采集模塊與升壓模塊控制器相耦合，所述電流采集模塊采集流過第 一電感(Ll)或第二電感(L2)上的電流并輸出至升壓模塊控制器，所述 升壓模塊控制器將第一電感(Ll)或第二電感(L2)上流過的電流與電流 環(huán)給定進行比較再通過比例控制產生相應控制信號輸出至第四開關管(Q4)或第三開關管(Q3)。
3. —種對權利要求1所述的不間斷電源的控制方法，其特征在于判斷逆 變模塊的控制器的調制信號是否大于第一預設值，如果是則輸出導通信號 至第二開關管(Q2)、關斷信號至第一開關管(Ql);如果否則判斷逆變模 塊的控制器的調制信號是否小于第二預設值，如果是則輸出導通信號至第 一開關管(Ql)、關斷信號至第二開關管(Q2)，如果否則輸出關斷信號至 第一開關管(Ql)和第二開關管(Q2)。
4. 根據(jù)權利要求3所述的控制方法，其特征在于所述第二開關管(Q2) 先于第三開關管(Q3)開通，所述第三開關管(Q3)先于第二開關管(Q2) 關閉；所述第一開關管(Ql)先于第四開關管(Q4)開通，所述第四開關 管(Q4)先于第一開關管(Ql)關閉。
5. 根據(jù)權利要求3所述的控制方法，其特征在于還包括采集第一電感 (Ll)、第二電感(L2)上流過的電流，將第一電感(Ll)或第二電感(L2)上流過的電流與電流環(huán)給定進行比較再通過比例控制產生相應控制信號 輸出至第四開關管(Q4)或第三開關管(Q3)，以使第一電感(Ll)、第 二電感(L2)上流過的電流鎖定在電流環(huán)給定上。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種不間斷電源及其控制方法，不間斷電源包括升壓模塊和逆變模塊，升壓模塊包括依次相連的第一開關管、第二電感、第一二極管、第一電容、第二電容、第二二極管、第一電感和第二開關管，以及第三開關管和第四開關管；第三開關管源極耦合在第一開關管的源極和第二開關管的漏極之間，第三開關管漏極耦合在第二電感和第一二極管陽極之間，第四開關管漏極耦合在第一開關管的源極和第二開關管的漏極之間，第四開關管源極耦合在第一電感和第二二極管陰極之間；第一開關管漏極耦合在電池正極與第二電感之間，第二開關管源極耦合在電池負極與第一電感之間。本發(fā)明電路結構簡單、效率高。
文檔編號H02M3/04GK101567573SQ20091010540
公開日2009年10月28日 申請日期2009年2月6日 優(yōu)先權日2009年2月6日
發(fā)明者磊 郭 申請人:艾默生網絡能源有限公司