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
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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