專利名稱：一種ups充電模塊裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型屬于UPS電源領(lǐng)域，尤其涉及一種UPS充電模塊裝置。
背景技術(shù)：
UPS是一種含有蓄電池儲能裝置，以逆變器為主要單元的電源保護設(shè)備。當市電輸入正常時，UPS就將市電通過整流、逆變電路變換為穩(wěn)定的交流電壓供負載使用，同時完成對蓄電池的充電；當市電不正?；驍嚯姇r，UPS就將蓄電池中儲存的能量通過直流升壓、逆變電路轉(zhuǎn)換為恒壓、恒頻的交流電給負載供電，有效解決了用電設(shè)備直接接到電網(wǎng)時要面臨的市電異常所導(dǎo)致用電設(shè)備無法正常工作，甚至損壞等問題。跟傳統(tǒng)的塔式UPS比較，模塊化UPS由于本身具有的可擴容性、高可靠性、易維護性等特點，近些年已成為UPS產(chǎn)品發(fā)展的趨勢。典型的模塊化UPS通常包含輸入、輸出配·電、監(jiān)控模塊以及功率模塊等。功率模塊是UPS系統(tǒng)的主要單元，UPS正常工作情況下，功率模塊具有熱插拔和并聯(lián)冗余功能。典型的功率模塊主要包含整流、逆變、充電等電路，其中內(nèi)置的充電器由于受硬件資源及內(nèi)部空間等條件的限制，普遍都存在功率等級偏小的問題。在并聯(lián)功率模塊較少也即充電器個數(shù)較少的情況下，充電器的充電能力很難匹配用戶所配大容量電池的充電要求；另外，如果充電器包含在功率模塊內(nèi)部，當充電器故障時，即使功率模塊正常也需要拔出整個功率模塊進行維修，這就會降低UPS的帶載能力，系統(tǒng)存在過載導(dǎo)致UPS轉(zhuǎn)旁路甚至掉電的風險。為了解決上述問題，在模塊化UPS就需要將內(nèi)置充電器設(shè)計成為外置的獨立的充電模塊，獨立充電模塊的容量可以根據(jù)需求進行設(shè)計，并且跟功率模塊一樣具有熱插拔和并聯(lián)冗余功能。
發(fā)明內(nèi)容針對獨立充電模塊的需求，本實用新型提供一種基于雙電池組的外置獨立的UPS充電模塊裝置，該充電模塊裝置可根據(jù)需要進行多個配置，有效的滿足客戶大容量充電器的需求。本實用新型采用的技術(shù)方案為一種UPS充電模塊裝置，包括與三相交流電壓連接的整流裝置、直流儲能電容裝置、直流降壓裝置和控制器，所述三相交流電壓分別為R、S、T相交流電壓，所述整流裝置包括分別與三相交流電壓相應(yīng)連接的三個單相整流器，所述每個單相整流器設(shè)有脈寬調(diào)制控制端口和三個輸出端，三個輸出端分別為A、B、C ;所述直流儲能電容裝置設(shè)有三個電連接端，三個電連接端分別為a、b、c ;每個單相整流器的三個輸出端A、B、C分別與直流儲能電容裝置的三個電連接端a、b、c對應(yīng)一一電連接，所述直流儲能電容裝置包括兩個電容，其中一個電容Cl的兩端分別與電連接端a、b電連接，另一個電容C2的兩端分別與電連接端b、c電連接；電連接端a、b之間的電壓為+Vdc，電連接端C、b之間的電壓為-Vdc ;所述直流降壓裝置包括兩個直流降壓電路，直流降壓電路設(shè)有兩個輸入端d、e和兩個輸出端f、g以及脈寬調(diào)制控制端口，其中一個直流降壓電路為正直流降壓電路，正直流降壓電路的輸入端d、e分別與直流儲能電容裝置的電連接端a、b電連接；另一個直流降壓電路為負直流降壓電路，負直流降壓電路的輸入端d、e分別與直流儲能電容裝置的電連接端b、c電連接；其中正直流降壓電路的輸出端g與負直流降壓電路的輸出端f電連接；控制器分別與三個單相整流器電連接，且三個單相整流器的輸入端的交流電壓信號傳遞給控制器，+Vdc、-Vdc以及三個單相整流器的電感電流信號傳遞給控制器，控制器的控制端分別與三個單相整流器的脈寬調(diào)制控制端口 M_R、M_S、M_T電連接。三個單相整流器分別與三相交流電壓的R、S、T相交流電壓連接。其中正直流降壓電路的輸出端f、g之間的電壓為+Vout ;負直流降壓電路的輸出端f、g之間的電壓為-Vout ;控制器還與兩個直流降壓電路、兩個電池組電連接，兩個直流降壓電路的內(nèi)部電感電流以及+Vout、-Vout傳遞給控制器，控制器的控制端分別與兩個直流降壓電路的脈寬調(diào)制控制端口 m_p、m_n電連接。其中還包括輸出開關(guān)裝置，所述輸出開關(guān)裝置包括正輸出開關(guān)SI和負輸出開關(guān)S2，正輸出開關(guān)SI設(shè)置于所述正直流降壓電路的輸出端，負輸出開關(guān)S2設(shè)置于所述負直流·降壓電路的輸出端。本實用新型的有益效果為1、通過控制三相輸入電流和三相輸入電壓同相位，實現(xiàn)整流裝置的每個單相整流電路(AD/DC)的功率因數(shù)校正功能；2、實現(xiàn)直流降壓電路輸出電壓和輸出電流控制，進而可以實現(xiàn)充電模塊的三階段智能充電；3、本實用新型為外置獨立充電模塊，可通過并聯(lián)多個充電模塊滿足用戶對大功率充電器的需求。

圖I是本實用新型實施時的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為本實用新型的單相整流器的信號輸入的其中三個脈寬計算示意圖。圖3為本實用新型的單相整流器的信號輸入的另三個脈寬計算示意圖。圖4為本實用新型的直流降壓電路的信號輸入的其中一個脈寬計算示意圖。圖5為本實用新型的直流降壓電路的信號輸入的另一個脈寬計算示意圖。圖6為本實用新型的與R相交流電連接的單相整流器的AC/DC電路。圖7為本實用新型的與S相交流電連接的單相整流器的AC/DC電路。圖8為本實用新型的與T相交流電連接的單相整流器的AC/DC電路。圖9為正直流降壓電路。圖10為負直流降壓電路。附圖中I——整流裝置2——直流儲能電容裝置3—直流降壓裝置4—輸出開關(guān)裝置11—單相整流器31—直流降壓電路。所有的N均表示電網(wǎng)的中線，即零線。附圖6中，R_SCR1和R_SCR2為兩個晶閘管，R_CT1和R_CT2為兩個電流傳感器且用于采樣電感R_L1和R_L2上流過的電流R_Cur_P和R_Cur_N，R_S1和R_S2為兩個開關(guān)管，開關(guān)管的驅(qū)動信號分別為R_PWM_P和R_PWM_N。附圖7中，S_SCR1和S_SCR2為兩個晶閘管，S_CT1和S_CT2為兩個電流傳感器且用于采樣電感S_L1和S_L2上流過的電流S_Cur_P和S_Cur_N，S_S1和S_S2為兩個開關(guān)管，開關(guān)管的驅(qū)動信號分別為S_PWM_P和S_PWM_N。附圖8中，T_SCR1和T_SCR2為兩個晶閘管，T_CT1和T_CT2為兩個電流傳感器且用于采樣電感T_L1和T_L2上流過的電流T_Cur_P和T_Cur_N，T_S1和T_S2為兩個開關(guān)管，開關(guān)管的驅(qū)動信號分別為T_PWM_P和T_PWM_N。附圖9中，P_S1為開關(guān)管，其驅(qū)動信號為PWM_P，P_D1為二極管，P_CT1為電流傳感器且用于采樣流過電感P_L1上的電流Cur_P，P_C1為輸出濾波電容。附圖10中，N_S1為開關(guān)管，其驅(qū)動信號為PWM_N，N_D1為二極管，N_CT1為電流傳感器且用于采樣流過電感N_L1上的電流Cur_N，N_C1為輸出濾波電容。
具體實施方式如圖I所示，一種UPS充電模塊裝置，應(yīng)用于雙電池組。包括與三交流電壓連接的整流裝置I、直流儲能電容裝置2、直流降壓裝置3、輸出開關(guān)裝置4及控制器，所述交流電壓分別為R、S、T相交流電壓，并分別輸出到整流裝置的相應(yīng)的單相整流器11，為了提高充電模塊裝置的功率因素，即控制輸入電流和輸入電壓同相位，實現(xiàn)單相整流器11的整流電路(AD/DC)的功率因數(shù)校正(Power factor correction)功能,最終達到減少對電網(wǎng)的污染以及提高電能利用效率的目的，本實施例中需要通過脈寬調(diào)制信號對單相整流電路(AC/DC)進行控制，每個單相整流器11設(shè)有三個輸出端和脈寬調(diào)制控制端口，三個輸出端分別為A、B、C。其中控制器與三個單相整流器11電連接，且三個單相整流器11的輸入端的交流電壓信號傳遞給控制器，(參見圖6、7、8)三個單相整流器11的電感電流信號(R_Cur_P、S_Cur_P、T_Cur_P、R_Cur_N、S_Cur_N、T_Cur_N)傳遞給控制器，控制器的控制端分別與三個單相整流器11的脈寬調(diào)制控制端口 M_R、M_S、M_T電連接。具體調(diào)整如下(參見圖2)采用電壓環(huán)和電流環(huán)雙環(huán)控制，電壓環(huán)參考值VdC_ref與電容Cl的兩端電壓+Vdc瞬時采樣值進行比較，差值經(jīng)過比例積分控制器PI校正后得到電壓環(huán)計算結(jié)果Vc_P, Vc_P分別與交流電壓相位值R_Vphase、S_Vphase、T_Vphase相乘得到三相電流環(huán)的參考值 R_Cur_P_ref、S_Cur_P_ref、T_Cur_P_ref,其中 R_Vphase、S_Vphase、T_Vphase的計算方法是將交流電壓采樣瞬時值R_Volt，S_Volt, T_Volt分別除以各自的有效值 R_Volt_rms、S_Volt_rms> T_Volt_rms ；R_Cur_P_ref > S_Cur_P_ref > T_Cur_P_ref分別與相應(yīng)的單相整流電路正邊電流瞬時采樣值R_Cur_P、S_Cur_P、T_Cur_P比較后，經(jīng)比例積分控制器PI校正后得到三相正邊電流環(huán)計算結(jié)果R_Ic_P、S_Ic_P、T_Ic_P, R_Ic_P、S_Ic_P、T_Ic_P再分別跟各自的脈寬調(diào)制載波信號R_Vs_P、S_Vs_P、T_Vs_P比較就產(chǎn)生最終的單相整流電路(AC/DC)的脈寬調(diào)制信號R_PWM_P、S_PWM_P、T_PWM_P。參見圖3，電壓環(huán)參考值Vdc_ref與電容C2的兩端電壓-Vdc瞬時采樣值進行比較，差值經(jīng)過比例積分控制器PI校正后得到電壓環(huán)計算結(jié)果Vc_N，Vc_N分別與交流電壓相位值R_Vphase、S_Vphase、T_Vphase相乘得到三相電流環(huán)的參考值R_Cur_N_ref、S_Cur_N_ref、T_Cur_N_ref ;R_Cur_N_ref、S_Cur_N_ref、T_Cur_N_ref 分別與單相整流電路負邊電流瞬時采樣值R_Cur_N、S_Cur_N、T_Cur_N比較后，經(jīng)比例積分控制器PI校正后得到三相負邊電流環(huán)計算結(jié)果R_Ic_N、S_Ic_N、T_Ic_N, R_Ic_N、S_Ic_N、T_Ic_N再分別跟各自的脈寬調(diào)制載波信號R_Vs_N、S_Vs_N、T_Vs_N比較就產(chǎn)生最終的單相整流電路的脈寬調(diào)制信號 R_PWM_N、S_PWM_N、T_PWM_N?？刂破鲗⑸鲜隽鶄€脈寬調(diào)制信號傳遞給相應(yīng)的三個單相整流器11。參見圖1，本實施例中所述直流儲能電容裝置2設(shè)有三個電連接端，三個電連接端分別為a、b、c ;每個單相整流器11的三個輸出端A、B、C分別與直流儲能電容裝置2的三個電連接端a、b、c對應(yīng)一一電連接，所述直流儲能電容裝置2包括兩個電容，其中一個電容Cl的兩端分別與電連接端a、b電連接，另一個電容C2的兩端分別與電連接端b、c電連接；電連接端a、b之間的電壓為+Vdc，電連接端C、b之間的電壓為-Vdc ;所述直流降壓裝置3包括兩個直流降壓電路31，直流降壓電路31設(shè)有兩個輸入端d、e和兩個輸出端f、g以及脈寬調(diào)制控制端口 n，其中一個直流降壓電路31為正直流降壓電路，正直流降壓電路的輸入端d、e分別與直流儲能電容裝置2的電連接端a、b電連接；另一個直流降壓電路為負直流降壓電路，負直流降壓電路的輸入端d、e分別與直流儲能電容裝置2的電連接端b、c電連接；兩個電池組分別為正電池組和負電池組，正直流降壓電路的輸出端f、g分別與正電池組的正極和負極電連接，且正直流降壓電路的輸出端f、g之間的電壓為+Vout ;負直流降壓電路的輸出端f、g分別與負電池組的正極和負極電連接，且負直流降壓電路的輸出端·f、g之間的電壓為-Vout ;其中正直流降壓電路的輸出端g與負直流降壓電路的輸出端f電連接；控制器還與直流降壓裝置3，兩個直流降壓電路的內(nèi)部電感電流以及+Vout、-Vout,傳遞給控制器，控制器的控制端還分別與兩個直流降壓電路的脈寬調(diào)制控制端口 m_p、m_n電連接。其中，所述輸出開關(guān)裝置4包括正輸出開關(guān)SI和負輸出開關(guān)S2,正輸出開關(guān)SI設(shè)置于所述正直流降壓電路與正電池組之間，負輸出開關(guān)S2設(shè)置于所述負直流降壓電路與負電池組之間。設(shè)置輸出開關(guān)裝置4可以防止電池或并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)中其他充電模塊對本充電模塊內(nèi)部元件的大電流沖擊。如圖4、圖5、圖9、圖10所示，采用電壓環(huán)和電流環(huán)雙環(huán)控制，電壓環(huán)參考值Vout_ref與輸出電壓+Vout瞬時采樣值進行比較，差值經(jīng)過比例積分控制器PI校正后得到電壓環(huán)計算結(jié)果也即電流環(huán)參考值Cur_P_ref, Cur_P_ref跟正邊電流采樣值Cur_P再進行比較，差值經(jīng)比例積分控制器PI校正后得到正邊電流環(huán)計算結(jié)果1(3_ ，1(_ 跟自身的脈寬調(diào)制載波信號Vs_P比較最終就產(chǎn)生了直流降壓(DC/DC)電路的脈寬調(diào)制信號PWM_P ；電壓環(huán)參考值Vout_ref與負直流降壓電路的輸出電壓-Vout瞬時米樣值進行比較，差值經(jīng)過比例積分控制器PI校正后得到電壓環(huán)計算結(jié)果也即電流環(huán)參考值Cur_N_ref, Cur_N_ref跟負邊電流采樣值Cur_N再進行比較，差值經(jīng)比例積分控制器PI校正后得到負邊電流環(huán)計算結(jié)果Ic_N，Ic_N跟自身的脈寬調(diào)制載波信號Vs_N比較最終就產(chǎn)生了負直流降壓電路的脈寬調(diào)制信號PWM_N ；控制器將上述兩個脈寬調(diào)整信號傳遞給相應(yīng)的兩個直流降壓電路。充電模塊的三階段充電的核心就是直流降壓(DC/DC)電路輸出電壓的控制，實際實現(xiàn)時，通過對電壓環(huán)計算結(jié)果也即電流環(huán)參考值Cur_P_ref進行限幅就可以實現(xiàn)充電模塊恒流模式和均充模式的平滑切換，而通過調(diào)整電壓環(huán)參考值Vout_ref則可以實現(xiàn)充電模塊均充模式和浮充模式的切換，最終就可以實現(xiàn)充電模塊的三階段充電功能。以上僅是本申請的較佳實施例，在此基礎(chǔ)上的等同技術(shù)方案仍落入申請保護范圍。
權(quán)利要求1.一種UPS充電模塊裝置，其特征在于包括與三相交流電壓連接的整流裝置、直流儲能電容裝置、直流降壓裝置和控制器，所述三相交流電壓分別為R、S、T相交流電壓，所述整流裝置包括分別與三相交流電壓相應(yīng)連接的三個單相整流器，所述每個單相整流器設(shè)有脈寬調(diào)制控制端口和三個輸出端，三個輸出端分別為A、B、C ;所述直流儲能電容裝置設(shè)有三個電連接端，三個電連接端分別為a、b、c ;每個單相整流器的三個輸出端A、B、C分別與直流儲能電容裝置的三個電連接端a、b、c對應(yīng)一一電連接，所述直流儲能電容裝置包括兩個電容，其中一個電容Cl的兩端分別與電連接端a、b電連接，另一個電容C2的兩端分別與電連接端b、c電連接；電連接端a、b之間的電壓為+Vdc，電連接端c、b之間的電壓為-Vdc ；所述直流降壓裝置包括兩個直流降壓電路，直流降壓電路設(shè)有兩個輸入端d、e和兩個輸出端f、g以及脈寬調(diào)制控制端口，其中一個直流降壓電路為正直流降壓電路，正直流降壓電路的輸入端d、e分別與直流儲能電容裝置的電連接端a、b電連接；另一個直流降壓電路為負直流降壓電路，負直流降壓電路的輸入端d、e分別與直流儲能電容裝置的電連接端b、c電連接；其中正直流降壓電路的輸出端g與負直流降壓電路的輸出端f電連接；控制器分別與三個單相整流器電連接，且三個單相整流器的輸入端的交流電壓信號傳遞給控制器，+Vdc、-Vdc以及三個單相整流器的電感電流信號傳遞給控制器，控制器的控制端分別與三個單相整流器的脈寬調(diào)制控制端口 M_R、M_S、M_T電連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種UPS的充電模塊裝置，其特征在于正直流降壓電路的輸出端f、g之間的電壓為+Vout ;負直流降壓電路的輸出端f、g之間的電壓為-Vout ;控制器還與兩個直流降壓電路、兩個電池組電連接，兩個直流降壓電路的內(nèi)部電感電流以及+Vout, -Vout傳遞給控制器，控制器的控制端分別與兩個直流降壓電路的脈寬調(diào)制控制端口 m_p、m_n電連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的一種UPS的充電模塊裝置，其特征在于還包括輸出開關(guān)裝置，所述輸出開關(guān)裝置包括正輸出開關(guān)SI和負輸出開關(guān)S2，正輸出開關(guān)SI設(shè)置于所述正直流降壓電路的輸出端，負輸出開關(guān)S2設(shè)置于所述負直流降壓電路的輸出端。
專利摘要本實用新型屬于UPS電源領(lǐng)域，尤其涉及一種UPS充電模塊裝置。本實用新型的裝置包括與三相交流電壓連接的整流裝置、直流儲能電容裝置、直流降壓裝置、輸出開關(guān)裝置以及控制器，本實用新型通過控制輸入電流和輸入電壓同相位，實現(xiàn)整流電路的功率因數(shù)校正功能；其次可以實現(xiàn)直流降壓電路輸出電壓的控制，進而可以實現(xiàn)充電模塊的三階段智能充電；本實用新型為外置獨立充電模塊，支持在線熱插拔操作，并且可以通過擴容充電模塊的個數(shù)來增加模塊化UPS的充電能力，滿足用戶對大功率充電器的需求。
文檔編號H02J7/02GK202712946SQ20122037379
公開日2013年1月30日 申請日期2012年7月30日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月30日
發(fā)明者胡高宏, 陳永華 申請人:廣東易事特電源股份有限公司