CN101295934A - 一种具有宽输入电压范围的不间断电源 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种具有宽输入电压范围的不间断电源，包括交流输入端、整流器、电池支路、逆变器和输出端，整流器的输入端与交流输入端相连，电池支路并联在整流器的输出端，逆变器的输入端与整流器的输出端相连，逆变器的输出端为交流输出，所述整流器包括降压式整流器和升压式整流器，所述降压式整流器的输出端与所述升压式整流器的输入端相连；还包括控制电路，当交流输入端的输入电压高于升压式整流器的工作上限时，所述控制电路控制降压式整流器完成降压功能；当交流输入端的输入电压低于升压式整流器的工作上限时，所述控制电路控制升压式整流器完成升压功能。本发明可将UPS的工作电压范围扩展到+/－40％以上。

Description

一种具有宽输入电压范围的不间断电源
技术领域
本发明涉及电源技术领域，更具体地说，涉及一种具有宽输入电压范围的不间断电源。
背景技术
不间断电源(Uninterruptible Power Supply，简称为UPS)是一种恒频、稳压、纯净、不间断的高品质电源，随着信息技术的高速发展和计算机的广泛应用，它已成为许多重要场合不可缺少的电源装置。图1给出了通常的UPS电路拓扑，一般的双变换UPS由整流器(AC/DC)和逆变器构成(DC/AC)。输入电压在正常的范围内波动，整流器将母线稳定在一定数值，逆变器稳定工作，保证输出电压的品质。当输入电压高于或低于一定值，UPS将切换到电池工作，母线仍稳定在规定的范围，逆变器正常工作，保证重要设备不受影响。通常整流器的输入电压范围是+/-15％，超出范围则转到电池供电。现在常见的整流器拓扑可以分为降压式整流器和升压式整流器。
如图2所示，是降压式整流器的电路图。降压式将较宽范围变化的输入电压稳定在较低的母线电压，保证在最低输入电压时母线电压仍可以受控而稳定，常用可控硅(Silicon Controlled Rectifier，简称为SCR)全控桥整流器。它的特点是：输入功率因数不太高，一般在0.9左右；输入谐波电流大；输入电压较高时，仍可以工作，当输入电压低于一定值，UPS将转电池工作。
如图3所示，是升压式整流器的电路图。升压式整流器将较宽范围变化的输入电压稳定在较高的母线电压，保证在最高输入电压时母线电压仍高于输入电压峰值，使母线电压稳定受控。当输入电压高于设计上限时，输入接触器跳开，转电池工作。常用绝缘栅双极晶体管(Insulated Gate BipolarTransistor，简称为IGBT)开关整流器。它的特点是：输入功率因数高；输入谐波电流小；输入电压低时，仍可以工作，当输入电压高于一定值，UPS将转电池工作。
由上述的工作原理可见，降压式整流器UPS输入电压低于设计值时将转电池工作，而升压式整流器UPS在输入电压太高时将转电池工作。两者均有其固有的范围限制，由于成本和性能的原因，两种整流器的电压范围均不是特别宽，一般在+/-15％左右。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，针对现有UPS的上述输入电压范围有限的缺陷，提供一种具有宽输入电压范围的不间断电源。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种具有宽输入电压范围的不间断电源，包括交流输入端、整流器、电池支路、逆变器和输出端，整流器的输入端与交流输入端相连，电池支路并联在整流器的输出端，逆变器的输入端与整流器的输出端相连，逆变器的输出端为交流输出，所述整流器包括降压式整流器和升压式整流器，所述降压式整流器的输出端与所述升压式整流器的输入端相连；还包括控制电路，当交流输入端的输入电压高于升压式整流器的工作上限时，所述控制电路控制降压式整流器完成降压功能；当交流输入端的输入电压低于升压式整流器的工作上限时，所述控制电路控制升压式整流器完成升压功能。
在本发明所述的具有宽输入电压范围的不间断电源中，所述降压式整流器包括交流开关和降压变换器；所述交流开关用于实现完全接通和交流调压的功能。
在本发明所述的具有宽输入电压范围的不间断电源中，所述交流开关由硅控整流器SCR组成。
在本发明所述的具有宽输入电压范围的不间断电源中，所述降压式整流器进行降压时，所述控制电路根据母线电压的高低调节交流开关的导通时间，形成稳定的交流电压后送入升压式整流器进行整流，得到稳定的直流母线电压。
在本发明所述的具有宽输入电压范围的不间断电源中，所述升压式整流器包括功率因数校正电路和升压变换器。
在本发明所述的具有宽输入电压范围的不间断电源中，所述升压变换器由IGBT PWM整流器构成。
在本发明所述的具有宽输入电压范围的不间断电源中，所述升压式整流器进行升压时，控制电路控制交流开关处于完全接通状态，由升压变换器稳定母线电压。
在本发明所述的具有宽输入电压范围的不间断电源中，所述电池支路可并联在所述升压式整流器输出端，也可连接在所述降压式整流器和所述升压式整流器之间。
实施本发明的具有宽输入电压范围的不间断电源，具有以下有益效果：本发明将降压式整流器和升压式整流器结合在一起，保证UPS可以在较宽的输入电压范围下稳定的工作，可将UPS的工作电压范围扩展到+/-40％以上。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
图1是现有技术中UPS电源的电路拓扑示意图；
图2是现有技术中降压式整流器的电路图；
图3是现有技术中升压式整流器的电路图；
图4是本发明UPS电源的电路原理方框图；
图5是本发明第一实施例的电路图；
图6是本发明第二实施例的电路图。
具体实施方式
如图4所示，是本发明UPS电源的电路原理方框图。在图1中，UPS电源包括交流输入端、交流开关和降压变换器1、功率因数校正(Power FactorCorrection，简称为PFC)电路和升压变换器2、电池支路3、逆变器4、控制电路5和输出端。交流开关和降压变换器1构成降压式整流器，其输入端与交流输入端相连，输出端与PFC电路和升压变换器2相连。PFC电路和升压变换器2构成升压式整流器。电池支路3可并联在PFC电路和升压变换器2的输出端两侧，当然，电池支路3也可连接在降压式整流器和升压式整流器之间。逆变器4与PFC电路和升压变换器2的输出端相连，逆变器4的输出端为交流输出。控制电路分别与交流开关和降压变换器1、PFC电路和升压变换器2、以及逆变器4相连，用于控制它们的工作。
本发明UPS的工作原理如下：将交流电源经交流输入端输入到交流开关和降压变换器1，然后再送入到PFC电路和升压变换器2中，相当于将降压式整流器和升压式整流器进行结合。当输入电压低于设定值时，该设定值可以是升压式整流器的工作上限，控制电路5将控制交流开关和降压变换器1中的交流开关工作在完全接通的状态，此时，交流开关相当于短接状态。控制电路5控制PFC电路和升压变换器2稳定母线电压。当输入电压高于设定值时，该设定值可以是升压式整流器的工作上限，交流开关并不完全开通，控制电路5控制交流开关工作在交流调压状态。此时交流开关不仅是简单的交流开关，还要能实现单独调节每相电路的导通时间的功能，即每个交流开关要能单独调节，实现交流调压的功能。控制电路5将根据母线电压的高低，控制交流开关的导通时间，即调节输入到PFC电路和升压变换器2的交流有效值，形成一个稳定的交流电压后，再送入到PFC电路和升压变换器2。然后经PFC电路和升压变换器2整流后，得到稳定的直流母线电压。
如图5所示，是本发明第一实施例的具体电路图。UPS的整流器由两个部分构成：能够实现降压的交流开关部分和能够实现升压的Boost部分。其中交流开关由SCR构成，Boost电路由IGBT PWM整流器构成。SCR部分可以完成完全接通和交流调压的功能，PWM整流器实现升压的功能，两部分的协调由控制电路根据母线电压的高低进行调节。当输入电压低于设定值时，交流开关直接接通，后级Boost电路完成母线电压稳定的功能。当输入电压高于设定值时，控制电路将Boost电路部分的IGBT脉冲全部封锁，依靠IGBT反并联的二极管构成整流电路。交流开关并不完全开通，控制电路将检测母线电压大小来调节交流开关正反向SCR的导通角，即调节输入到Boost电路的交流有效值，形成稳定的交流电压。而与Boost电路的IGBT反并联的二极管工作在三相不控整流的状态，得到稳定的直流母线电压。这样两部分电路工作的结合，可以将整流器的工作范围扩展到+/-40％以上。
如图6所示，是本发明第二实施例的具体电路图。在图6中，对交流开关进行了变形，但整流器仍由两部分构成：a)SCR构成的交流开关和交流调压装置，b)IGBT Boost升压器。第二实施例与第一实施例的不同点在于电感的工作方式不同，导致电感的数量由原来的3个变成了6个。这样做虽然增加了电感数量，但电池可以接在降压式整流器和升压式整流器之间。电池可以利用BOOST升压器进行升压，即电池与市电可以共享电感和升压的IGBT开关管。
本发明将降压式整流器和升压式整流器结合在一起，保证UPS可以在较宽的输入电压范围下稳定的工作，可将UPS的工作电压范围扩展到+/-40％以上。

Claims (9)

1、一种具有宽输入电压范围的不间断电源，包括交流输入端、整流器、电池支路、逆变器和输出端，整流器的输入端与交流输入端相连，电池支路并联在整流器的输出端，逆变器的输入端与整流器的输出端相连，逆变器的输出端为交流输出，其特征在于，
所述整流器包括降压式整流器和升压式整流器，所述降压式整流器的输入端与交流输入端相连，所述降压式整流器的输出端与所述升压式整流器的输入端相连；
还包括控制电路，当交流输入端的输入电压高于升压式整流器的工作上限时，所述控制电路控制降压式整流器完成降压功能；当交流输入端的输入电压低于升压式整流器的工作上限时，所述控制电路控制升压式整流器完成升压功能。
2、根据权利要求1所述的具有宽输入电压范围的不间断电源，其特征在于，所述降压式整流器包括交流开关和降压变换器；所述交流开关用于实现完全接通和交流调压的功能。
3、根据权利要求2所述的具有宽输入电压范围的不间断电源，其特征在于，所述交流开关由硅控整流器SCR组成。
4、根据权利要求2或3所述的具有宽输入电压范围的不间断电源，其特征在于，所述降压式整流器进行降压时，所述控制电路根据母线电压的高低调节交流开关的导通时间，形成稳定的交流电压后送入升压式整流器进行整流，得到稳定的直流母线电压。
5、根据权利要求1所述的具有宽输入电压范围的不间断电源，其特征在于，所述升压式整流器包括功率因数校正电路和升压变换器。
6、根据权利要求5所述的具有宽输入电压范围的不间断电源，其特征在于，所述升压变换器由IGBT PWM整流器构成。
7、根据权利要求5或6所述的具有宽输入电压范围的不间断电源，其特征在于，所述升压式整流器进行升压时，控制电路控制交流开关处于完全接通状态，由升压变换器稳定母线电压。
8、根据权利要求1所述的具有宽输入电压范围的不间断电源，其特征在于，所述电池支路并联在所述升压式整流器输出端。
9、根据权利要求1所述的具有宽输入电压范围的不间断电源，其特征在于，所述电池支路连接在所述降压式整流器和所述升压式整流器之间。
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