CN101521394B - 在线式不间断电源装置 - Google Patents

Abstract

本发明的在线式不间断电源装置，包括一耦合于市电输入端的交流输入，一耦合于负载端的交流输出，一用来将输入的交流电压整流输出的整流装置，一直流/直流转换装置，一在市电停电时提供直流电压的直流电源，一第一开关装置，该开关装置导通时直流电源供电，一直流/交流转换装置，一用来切换市电供电与该不间断电源装置供电的第二开关装置；其中所述直流/直流转换装置用来将输入的直流电压转换为正弦波脉宽直流电压，经所述直流/交流转换装置输出正弦波脉宽交流电压，再进行滤波后输出，降低了转换功率损耗；所述直流/直流转换装置也可用来将负载侧或者直流/交流转换装置产生的多余能量送回直流电源储能，实现节能效果。

Description

在线式不间断电源装置

技术领域

本发明涉及一种不间断电源装置，尤指一种改进的在线式不间断电源装置。

背景技术

不间断电源(UPS)是一种交流电源供应器，其可以在市电不正常时瞬间提供交流电。目前，公知的在线式不间断电源装置，采用交流-直流、直流-交流的双转换装置，如图4所示。市电输入先由滤波装置111进行滤波，再经过保险丝112过载保护，再由三相全桥整流装置113整流，经电容滤波装置115滤成直流电压，电池装置114也经过三相全桥整流装置113提供直流电压，经过保险丝116送到逆变装置117，将直流电压用SPWM(SINEWAVEPULSE WIDTH MODULATION)控制技术经工频变压器隔离升压产生正弦波电压，经过继电装置118输出净化的交流电源再经过滤波装置119滤波后输出到客户端供电。但是公知的(图4所示)不间断电源(UPS)整机满负荷运行效率约80％～85％，轻载时效率更低，并且转换损耗太多功率。

发明内容

本发明的一个目的在于提供一种改进的在线式不间断电源装置，通过直流/直流转换装置，将经整流的直流电压转换为正弦波脉宽直流电压，只在直流/直流转换装置中利用了一次电力转换实现将输入电压转换为正弦波脉宽直流电压，经直流/交流转换装置输出正弦波脉宽交流电压。

为实现本发明的上述目的，本发明的在线式不间断电源包括：

一交流输入，耦合于市电输入端；

一交流输出，耦合于负载端；

一整流装置，其输入端耦合于交流输入，用来将输入的交流电压整流输出；

一直流电源，并联耦合于所述整流装置的输出端，用来在市电停电时提供直流电压；

一硅控开关，电连接于所述直流电源的输出端，该开关装置导通时所述直流电源供电；

一直流/直流转换装置，其输入端耦合于整流装置的输出端，用来将输入的直流电压转换为正弦波脉宽直流电压输出，该直流/直流转换装置包括一升压变压器，该升压变压器包括一初级端和一次级端，该初级端包括两个绕组，以及分别耦合于该初级端的两个绕组的第一功率开关和第二功率开关，该次级端包括两个绕组，以及分别耦合于该次级端的两个绕组的第三功率开关和第四功率开关；

一直流/交流转换装置，其输入端耦合于所述直流/直流转换装置的输出端，输出端耦合于所述交流输出，该直流/交流转换装置包括四个由处理器控制的功率开关(61、62、63、64)和一低通滤波器；

一继电器，耦合于交流输出端，用来切换市电供电与该不间断电源装置供电；以及

一处理器，用来控制所述第一与第三功率开关交替导通与关断、第二与第四功率开关交替导通与关断；

所述直流/直流转换装置由所述处理器控制，将输入的直流电压转换为正弦波脉宽直流电压，经所述直流/交流转换装置输出正弦波脉宽交流电压，再进行滤波后输出。

由于采用了上述的技术方案，本发明的在线式不间断电源装置利用直流/直流转换装置将经整流的直流电压转换为正弦波脉宽直流电压，经直流/交流转换装置输出正弦波脉宽交流电压，只在直流/直流转换装置中利用了电力转换，减少了转换功率损耗。

本发明的另一个目的在于提供一种改进的在线式不间断电源，其利用直流/直流转换装置将负载侧或者直流/交流转换装置产生的多余能量送回直流电源储能。

为实现本发明的上述目的，所述直流/直流转换装置还包括一充电电路，该充电电路包括一降压变压器、一电容和一二极管，该降压变压器包括一初级端和一次级端，其中该降压变压器初级端即为所述升压变压器次级端，该降压变压器次级端包括一绕组，该直流/直流转换装置通过所述充电电路将负载侧或者直流/交流转换装置产生的多余能量送回直流电源储能。

由于采用了该技术方案，该在线式不间断电源装置在负载侧或者直流/交流转换装置产生的多余能量时，可将多余能量送回直流电源储能从而达到节能的目的。

附图说明

图1是根据本发明一较佳具体实施例的在线式不间断电源装置的结构方块示意图；

图2是根据本发明一较佳具体实施例的在线式不间断电源装置在有市电时各点的输出波形示意图；

图3是根据本发明一较佳具体实施例的在线式不间断电源装置在电池装置供电时各点的输出波形示意图；以及

图4是公知的在线式不间断电源装置的结构方框示意图。

具体实施方式

图1是根据本发明一较佳具体实施例的在线式不间断电源装置的结构方块示意图。该较佳具体实施例的在线式不间断电源装置包括：

一滤波装置1，耦合于交流输入端，用来对输入的市电进行滤波；

一整流装置2，其输入端耦合于滤波装置1的输出端，用来将经滤波的市电整流输出；

一电池装置3，并联耦合于所述整流装置2的输出端，用来在市电停电时提供直流电压；

一硅控开关4，电连接于所述电池装置3，该硅控开关4导通时电池装置3供电；

一直流/直流转换装置5，其输入端耦合于整流装置2的输出端；

一直流/交流转换装置6，其输入端耦合于直流/直流转换装置5的输出端；

一继电器7，耦合于交流输出端，用来切换市电供电与该不间断电源装置供电；

一滤波装置8，耦合于该在线式不间断电源装置的输出端，用来将输出的电压经滤波，供给客户端设备；以及

一处理器，用来控制直流/直流转换装置5、直流/交流转换装置6及继电器7的切换。

更具体地，该直流/直流转换装置5包括一升压变压器，由绕组51、52与第一功率开关56、第二功率开关57组成推挽式电路初级端，其导通占空比小于50％，并由绕组53、54与第三功率开关58、第四功率开关59组成次级端并联输出，用来将输入的直流电压转换为正弦波脉宽直流电压输出。当负载侧或交流/直流转换装置6工作时产生多余能量时，第三功率开关58、第四功率开关59导通将能量送回降压变压器次级端绕组55经二极管501，滤波电容502，将能量储存到电池装置3。由于要产生的SPWM信号导通占空比大于50％，所以由第一功率开关56、第二功率开关57各导通一半再经过53、54绕组相加输出合成SPWM信号，当不考虑转换效率时，为降低成本也可以用二极管代替第三功率开关58、第四功率开关59。可以设定第一功率开关56与第三功率开关58同步导通，第二功率开关57与第四功率开关59同步导通，降低功率开关导通时电压降，提高效率。

该直流/交流转换装置6，包括四个功率开关61、62、63、64，以及由一电感65与一电容66组成的用来进行滤波的低通滤波器。利用处理器控制功率开关61、62、63、64的导通与关断，功率开关61、62导通产生正半周的SPWM电压波形，功率开关63、64导通产生负半周的SPWM电压波形，将从直流/直流转换装置5输出的正弦波脉宽直流电压经四个功率开关61、62、63、64输出为正弦波脉宽交流电压。

本发明的在线式不间断电源(UPS)，不受市电电源质量的影响。当市电正常时，市电直接由滤波装置1滤波经继电器7、滤波装置8输出到客户端；当电压过高或过低时，由该在线式不间断电源装置提供纯净的交流电源；当市电停电时无中断时间转由电池装置3提供能量继续提供纯净的交流电源。

当市电过高或过低时，硅控开关4断开，由处理器控制继电器7切换到该在线式不间断电源供电。市电输入从滤波装置1经整流装置2，将交流电整流成只有正值的市电频率两倍的正弦波(如图2所示的参考波形17)，提供给直流/直流变换器5的升压变压器初级端绕组51、52，由处理器控制第一功率开关56、第二功率开关57交替导通产生高频率脉波电压(如图2所示的参考波形12、13)，为避免变压器饱合，限制升压变压器初级端绕组51、52的最大占空比不大于50％，经过升压变压器隔离升压到次级端绕组53、54，将波形相加合成真正的正弦波脉宽直流电压(如图2所示的参考波形14)(由处理器计算每一正弦波脉宽的值除以二，做为第一功率开关56、第二功率开关57的开关控制信号)，再将正弦波脉宽高频直流电压经直流/交流转换装置6产生低频(50Hz/60Hz)正弦波脉宽交流电压，处理器控制功率开关61、62导通时产生正半周(如图2所示的参考波形6162)，处理器控制功率开关63、64导通时产生负半周(如图2所示的参考波形6364)，直流/交流转换装置6将从直流/直流转换装置5输出的正弦波脉宽直流电压经四个功率开关61、62、63、64输出为正弦波脉宽交流电压(如图2所示的参考波形15)，然后经过电感器65与电容器66组成的低通滤波器滤除高频成份输出纯净低频正弦波交流电压(如图2所示的参考波形16)，再经过继电器7输出，经滤波装置8滤除谐波后提供给用户设备继续供电。其中第三功率开关58导通时间与第一功率开关56的导通同步，第四功率开关59导通时间与第二功率开关57的导通同步，可降低功率开关能量损耗，也可以用二极管取代第三功率开关58、第四功率开关59，降低成本。为了将负载侧或直流/交流转换装置6产生的多余能量送回电池端储能，第三功率开关58与第四功率开关59导通，将能量送回降压变压器次级端绕组55经二极管501滤波电容502将多余能量送回电池储能，并对电池装置3充电。

市电停电时，由处理器控制继电器7切换到该不间断装置中的电池装置3供电。硅控开关4导通，电池装置3输出电压(如图3所示的参考波形11)，提供给直流/直流变换器5的升压变压器初级端绕组51、52，由处理器控制第一功率开关56、第二功率开关57交替导通产生高频脉波电压(如图3所示的参考波形12、13)，为避免变压器饱合，限制升压变压器初级端绕组51、52的最大占空比不大于50％，经过升压变压器隔离升压到次级端绕组53、54，将波形相加合成真正的正弦波脉宽高频直流电压(如图3所示的参考波形14)(由处理器处理器计算每一正弦波脉宽的值除以二，做为第一功率开关56、第二功率开关57的开关控制信号)，再将正弦波脉宽高频直流电压经过直流/交流转换装置6产生低频(50Hz/60Hz)正弦波交流电压，处理器控制功率开关61、62导通时产生正半周(如图3所示的参考波形6162)，处理器控制功率开关63、64导通时产生负半周(如图3所示的参考波形6364)，直流/交流转换装置6将从直流/直流转换装置5输出的正弦波脉宽高频直流电压经四个功率开关61、62、63、64输出为正弦波脉宽交流电压(如图示的参考波形15)，然后经过电感器65与电容器66组成的低通滤波器滤除高频成份输出纯净低频正弦波交流电压(如图3所示的参考波形16)，再经过继电器7输出，经滤波装置8滤除谐波后提供给用户设备继续供电。

可以理解的是，上述实施例的详细说明是为了阐述和解释本发明的原理而不是对本发明的保护范围的限定。在不脱离本发明的主旨的前提下，本领域的一般技术人员通过对上述技术方案的所教导的原理的理解可以在这些实施例基础上做出修改，变化和改动。因此本发明的保护范围由所附的权利要求以及其等同来限定。

Claims (6)

1.一种在线式不间断电源，包括：

一交流输入，耦合于市电输入端；

一交流输出，耦合于负载端；

一整流装置(2)，其输入端耦合于交流输入，用来将输入的交流电压整流输出；

一直流电源(3)，并联耦合于所述整流装置(2)的输出端，用来在市电停电时提供直流电压；

一第一开关装置(4)，耦合于所述直流电源(3)的输出端，该开关装置导通时所述直流电源(3)供电；

一直流/直流转换装置(5)，其输入端耦合于所述整流装置(2)的输出端；

一直流/交流转换装置(6)，其输入端耦合于所述直流/直流转换装置(5)的输出端，输出端耦合于所述交流输出；

一第二开关装置(7)，耦合于交流输出，用来切换市电供电与该不间断电源装置供电；以及

一处理器；

其特征在于：所述直流/直流转换装置(5)包括一升压变压器，该升压变压器包括一初级端和一次级端，该初级端包括两个绕组(51、52)，以及分别耦合于该初级端的两个绕组(51、52)的第一和第二功率开关(56、57)，该次级端包括两个绕组(53、54)，以及分别耦合于该次级端的两个绕组(53、54)的第三和第四功率开关(58、59)；

所述直流/直流转换装置(5)由所述处理器控制其第一功率开关(56)和第二功率开关(57)交替导通、第一功率开关(56)和第三功率开关(58)同步导通与关断、第二功率开关(57)和第四功率开关(59)同步导通与关断，将输入的直流电压转换为正弦波脉宽直流电压；

所述直流/直流转换装置(5)还包括一充电电路，该充电电路包括一降压变压器、一电容和一二极管；

所述直流/直流转换装置(5)通过所述充电电路将负载侧或者直流/交流转换装置(6)产生的多余能量送回直流电源(3)储能；

所述降压变压器包括一初级端和一次级端，其中该降压变压器初级端即为所述升压变压器次级端，该降压变压器次级端包括一绕组(55)。 

2.根据权利要求1所述的在线式不间断电源，其特征在于：所述直流/交流转换装置(6)包括四个由处理器控制的功率开关(61、62、63、64)和一低通滤波器，由直流/直流转换装置(5)转换输出的正弦波脉宽直流电压经所述直流/交流转换装置(6)输出正弦波脉宽交流电压，再进行滤波后输出。

3.根据权利要求2所述的在线式不间断电源，其特征在于：所述的低通滤波器包括一电感(65)与一电容(66)。

4.根据权利要求1所述的在线式不间断电源，其特征在于：还包括两个滤波装置(1、8)，其分别耦合于所述的交流输入与交流输出，用来对该在线式不间断电源装置输入与输出的电压进行滤波。

5.根据权利要求1所述的在线式不间断电源，其特征在于：所述升压变压器初级端的第一、二功率开关(56、57)的导通占空比小于50％。

6.根据权利要求1所述的在线式不间断电源，其特征在于：与所述升压变压器次级端的两个绕组(53、54)分别耦合的第三、四功率开关(58、59)可用二极管代替。 

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