CN106602853A - 不间断电源直流母线的放电装置及放电方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种不间断电源直流母线的放电装置和放电方法，不间断电源包括正、负直流母线，以及半桥变换器，其包括第一桥臂，第一桥臂包括与所述正直流母线连接的第一开关管和与所述负直流母线连接的第二开关管；所述放电装置包括：电连接在所述第一桥臂的第一中间节点与地之间的第一可控导电装置；以及控制装置，用于在电池模式下，控制所述第一可控导电装置、第一开关管和第二开关管的导通状态，当所述正直流母线上的电压过压时，使其通过所述第一开关管和所述第一可控导电装置进行放电，以及当所述负直流母线上的电压过压时，使其通过所述第二开关管和所述第一可控导电装置进行放电。该放电装置能对直流母线进行放电。

Description

不间断电源直流母线的放电装置及放电方法

技术领域

本发明涉及电子电路领域，具体涉及不间断电源的放电装置和放电方法。

背景技术

不间断电源(UPS)能够持续不断地、稳定地给用电设备供电，已经广泛地用于各个领域。

图1是一种三相不间断电源的电路图，其中图1并未示出连接在直流母线上的逆变器。如图1所示，不间断电源10包括三相LC滤波电路12、三相半桥变换器13、直流电源15和DC-DC变换器16。三相交流电L1、L2和L3通过三相LC滤波电路12连接至三相半桥变换器13的三个输入端子(即其三个桥臂的中间节点N1、N2和N3)，且三相半桥变换器13的输出端连接至(或作为)正直流母线141和负直流母线142。DC-DC变换器16用于将直流电源15提供的直流电升压后输出至正直流母线141和负直流母线142上。

在市电模式下，控制三相半桥变换器13工作，从而将三相交流电L1、L2和L3转换为所需的直流电并输出至正、负直流母线141、142上。

在电池模式下，控制DC-DC变换器16中的开关管161以脉宽调制方式工作，从而将直流电源15提供的直流电进行升压后同时输出至正、负直流母线141、142上。但是在控制DC-DC变换器16工作过程中，难以精确控制正、负直流母线141、142上电压相等。

图2是一种单相不间断电源的电路图。单相不间断电源20包括LC滤波电路22，与LC滤波电路22的输出端连接的半桥变换器23，以及DC-DC变换器26。半桥变换器23中的两个开关管S21、S22的中间节点N21连接至LC滤波电路22的输出端。其与图1原理基本相同，在控制DC-DC变换器26中的开关管261以脉宽调制方式工作过程中，同样难以精确控制正、负直流母线241、242上电压相等。

因此在电池模式下，不间断电源可能存在以下三种情况：1、正直流母线上的电压过压(即超过预定的阈值)；2、负直流母线上的电压过压；3、正、负直流母线上的电压都过压。上述三种情况都会导致不间断电源紧急关断从而停止对负载进行供电。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种对不间断电源的直流母线进行放电的放电装置和放电方法。

本发明的一个实施例提供了一种不间断电源直流母线的放电装置，所述不间断电源包括：正直流母线；负直流母线；以及半桥变换器，其包括第一桥臂，所述第一桥臂包括与所述正直流母线连接的第一开关管和与所述负直流母线连接的第二开关管，所述半桥变换器用于将输入端接收的交流电转换为直流电；

所述不间断电源直流母线的放电装置包括：

电连接在所述第一桥臂的第一中间节点与地之间的第一可控导电装置；以及

控制装置，用于当所述不间断电源工作在电池模式下，控制所述第一可控导电装置、第一开关管和第二开关管的导通状态，当所述正直流母线上的电压过压时，使得所述正直流母线通过所述第一开关管和所述第一可控导电装置进行放电，以及当所述负直流母线上的电压过压时，使得所述负直流母线通过所述第二开关管和所述第一可控导电装置进行放电。

优选的，所述第一可控导电装置包括串联的第一开关、第一电阻和第一电感，所述控制装置用于控制所述第一开关导通和断开。

优选的，所述不间断电源还包括连接在所述交流电和所述半桥变换器的输入端之间的LC滤波电路，所述第一可控导电装置包括第二开关、第二电阻和所述LC滤波电路中的电感，所述LC滤波电路中的所述电感的一端连接至所述第一中间节点，且另一端通过串联的所述第二开关和第二电阻接地，所述控制装置用于控制所述第二开关导通和断开。

优选的，所述交流电为三相交流电，所述半桥变换器为三相半桥变换器，所述三相半桥变换器包括第二桥臂，所述第二桥臂包括与所述正直流母线连接的第三开关管和与所述负直流母线连接的第四开关管；其中，所述不间断电源直流母线的放电装置还包括电连接在所述三相半桥变换器的第二桥臂的第二中间节点与地之间的第二可控导电装置。

优选的，所述第二可控导电装置包括串联的第三开关、第三电阻和第二电感。

优选的，所述不间断电源直流母线的放电装置还包括：在所述正直流母线和负直流母线之间连接成一个桥臂的第五开关管和第六开关管；以及串联的第四电阻和第三电感，所述串联的第四电阻和第三电感连接在所述第五开关管和第六开关管的中间节点与地之间。

本发明的一个实施例还提供了一种包括上述不间断电源和不间断电源直流母线的放电装置的不间断电源。

本发明的一个实施例提供了一种不间断电源直流母线的放电方法，所述放电方法包括：控制所述第一可控导电装置导通，给所述第一开关管和第二开关管分别提供第一脉宽调制驱动信号和第二脉宽调制驱动信号，当所述正直流母线上的电压过压时，使得所述正直流母线通过所述第一开关管和所述第一可控导电装置进行放电，以及当所述负直流母线上的电压过压时，使得所述负直流母线通过所述第二开关管和所述第一可控导电装置进行放电。

优选的，当所述正直流母线上的电压过压时，给所述第一开关管提供的第一脉宽调制驱动信号的占空比大于给所述第二开关管提供的第二脉宽调制驱动信号的占空比，且控制所述第一开关管和第二开关管不同时导通；或当所述负直流母线上的电压过压时，给所述第一开关管提供的第一脉宽调制驱动信号的占空比小于给所述第二开关管提供的第二脉宽调制驱动信号的占空比，且控制所述第一开关管和第二开关管不同时导通。

优选的，所述放电方法包括：当所述正直流母线上的电压过压时，控制所述第二开关管截止；或当所述负直流母线上的电压过压时，控制所述第一开关管截止。

优选的，所述交流电为三相交流电，所述半桥变换器为三相半桥变换器，所述三相半桥变换器包括第二桥臂，所述第二桥臂包括与所述正直流母线连接的第三开关管和与所述负直流母线连接的第四开关管，所述不间断电源直流母线的放电装置还包括电连接在所述第二桥臂的第二中间节点与地之间的第二可控导电装置，当所述正直流母线和负直流母线上的电压都过压时，所述放电方法包括：

控制所述第一和第二可控导电装置导通，给所述第一开关管提供的第一脉宽调制驱动信号的占空比大于给所述第二开关管提供的第二脉宽调制驱动信号的占空比，且给所述第三开关管提供的第三脉宽调制驱动信号的占空比小于给所述第四开关管提供的第四脉宽调制驱动信号的占空比，且控制所述第一开关管和第二开关管不同时导通，且控制所述第三开关管和第四开关管不同时导通；或控制所述第一和第二可控导电装置导通，给所述第一开关管提供的第一脉宽调制驱动信号的占空比小于给所述第二开关管提供的第二脉宽调制驱动信号的占空比，且给所述第三开关管提供的第三脉宽调制驱动信号的占空比大于给所述第四开关管提供的第四脉宽调制驱动信号的占空比，且控制所述第一开关管和第二开关管不同时导通，且控制所述第三开关管和第四开关管不同时导通。

优选的，所述放电方法包括：控制所述第一和第二可控导电装置导通，控制所述第二开关管和第三开关管截止；或控制所述第一和第二可控导电装置导通，控制所述第一开关管和第四开关管截止。

优选的，所述不间断电源直流母线的放电装置还包括：在所述正直流母线和负直流母线之间连接成一个桥臂的第五开关管和第六开关管；以及串联的第四电阻和第三电感，所述串联的第四电阻和第三电感连接在所述第五开关管和第六开关管的中间节点与地之间；当所述正直流母线和负直流母线上的电压都过压时，所述放电方法包括：

控制所述第一可控导电装置导通，给所述第一开关管提供的第一脉宽调制驱动信号的占空比大于给所述第二开关管提供的第二脉宽调制驱动信号的占空比，给所述第五开关管提供的第五脉宽调制驱动信号的占空比小于给所述第六开关管提供的第六脉宽调制驱动信号的占空比，且控制所述第一开关管和第二开关管不同时导通，且控制所述第五开关管和第六开关管不同时导通；或控制所述第一可控导电装置导通，给所述第一开关管提供的第一脉宽调制驱动信号的占空比小于给所述第二开关管提供的第二脉宽调制驱动信号的占空比，给所述第五开关管提供的第五脉宽调制驱动信号的占空比大于给所述第六开关管提供的第六脉宽调制驱动信号的占空比，且控制所述第一开关管和第二开关管不同时导通，且控制所述第五开关管和第六开关管不同时导通。

优选的，所述放电方法还包括：

控制所述第一可控导电装置导通，控制所述第二开关管和第五开关管截止；或控制所述第一可控导电装置导通，控制所述第一开关管和第六开关管截止。

本发明的放电装置和放电方法能够对工作在电池模式下的不间断电源的直流母线进行放电，避免不间断电源紧急关断从而停止对负载进行供电。

附图说明

以下参照附图对本发明实施例作进一步说明，其中：

图1是一种三相不间断电源的电路图。

图2是一种单相不间断电源的电路图。

图3是根据本发明第一个实施例的三相不间断电源的电路图。

图4是根据本发明第二个实施例的三相不间断电源的电路图。

图5是根据本发明第三个实施例的单向不间断电源的电路图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图通过具体实施例对本发明进一步详细说明。

图3是根据本发明第一个实施例的三相不间断电源的电路图。如图3所示，该电路包括在三相半桥变换器13的第一桥臂的中间节点N1和地之间串联的电感L1、电阻R1和开关K1，在三相半桥变换器13的第二桥臂的中间节点N2和地之间串联的电感L2、电阻R2和开关K2，以及控制装置17，下文将结合工作模式和直流母线过压情况详细说明其功能。

在市电模式下，控制装置17控制开关K1和K2断开。

以下将分别介绍图3所示的电路在电池模式下，正直流母线141上的电压过压、负直流母线142上的电压过压，以及正、负直流母线141、142上的电压都过压的情况下的放电方法。

(1)正直流母线141上的电压过压的情况：

放电方法(1a)、控制装置17控制开关K1、K2闭合，给开关管S1提供的脉宽调制驱动信号的占空比大于给开关管S2提供的脉宽调制驱动信号的占空比，且控制开关管S1、S2不同时导通，形成的第一条放电路径是正直流母线141、开关管S1、电感L1、电阻R1到开关K1，电阻R1用于消耗正直流母线141上的电能。

放电方法(1a’)、在放电方法(1a)基础上，优选开关管S2被控制处于截止状态。

放电方法(1b)、控制装置17控制开关K1、K2闭合，给开关管S3提供的脉宽调制驱动信号的占空比大于给开关管S4提供的脉宽调制驱动信号的占空比，且控制开关管S3、S4不同时导通，形成的第二条放电路径是正直流母线141、开关管S3、电感L2、电阻R2到开关K2，电阻R2用于消耗正直流母线141上的电能，三相LC滤波电路12中的电感用于限流。

放电方法(1b’)、在放电方法(1b)基础上，优选开关管S4被控制处于截止状态。

放电方法(1c)、同时执行上述放电方法(1a)或(1a’)形成上述第一条放电路径，以及执行放电方法(1b)或(1b’)形成上述第二条放电路径。两条放电路径可以加快正直流母线141的放电过程。

(2)负直流母线142上的电压过压：

放电方法(2a)、控制装置17控制开关K1、K2闭合，给开关管S1提供的脉宽调制驱动信号的占空比小于给开关管S2提供的脉宽调制驱动信号的占空比，且控制开关管S1、S2不同时导通，形成的第三条放电路径是开关K1、电阻R1、电感L1、开关管S2到负直流母线142，电阻R1用于负直流母线142上的电能。

放电方法(2a’)、在放电方法(2a)基础上，优选开关管S1被控制处于截止状态。

放电方法(2b)、控制装置17控制开关K1、K2闭合，给开关管S3提供的脉宽调制驱动信号的占空比小于给开关管S4提供的脉宽调制驱动信号的占空比，且控制开关管S3、S4不同时导通，形成的第四条放电路径是开关K2、电阻R2、电感L2、开关管S4到负直流母线142，电阻R2用于消耗负直流母线142上的电能。

放电方法(2b’)、在放电方法(2b)基础上，优选开关管S3被控制处于截止状态。

放电方法(2c)、执行上述放电方法(2a)或(2a’)形成上述第三条放电路径，以及执行放电方法(2b)或(2b’)形成上述第四条放电路径。两条放电路径可以加快负直流母线142的放电过程。

(3)正、负直流母线141、142上的电压都过压：

放电方法(3a)、同时执行上述放电方法(1a)和(2b)，因此形成上述第一条放电路径和第四条放电路径，从而实现正、负直流母线141、142同时放电。

放电方法(3a’)、执行上述放电方法(1a’)和(2b’)，形成上述第一条放电路径和第四条放电路径，从而实现正、负直流母线141、142同时放电。

放电方法(3b)、同时执行上述放电方法(1b)和(2a)，形成上述第二条放电路径和第三条放电路径。从而实现正、负直流母线141、142同时放电。

放电方法(3b’)、执行上述放电方法(1b’)和(2a’)，形成上述第二条放电路径和第三条放电路径。从而实现正、负直流母线141、142同时放电。

在本发明的其他实施例中，可以在中间节点N1、N2和N3中任意两个与地之间连接串联的电感和开关。

图4是根据本发明第二个实施例的三相不间断电源的电路图。如图4所示，该电路包括在三相LC滤波电路12的两个输入端子和地之间分别串联的开关K1’和电阻R1’，以及串联的开关K2’和电阻R2’。在电池模式下，三相LC滤波电路12中与中间节点N1连接的电感121通过串联的开关K1’和电阻R1’接地，并作为放电路径的一部分。三相LC滤波电路12中与中间节点N2连接的电感122通过串联的开关K2’和电阻R2’接地，并作为另一条放电路径的一部分。两条放电路径复用了三相LC滤波电路12中的两个电感121、122，节省了成本。

图4所示的电路的放电方式与图3完全相同，在此不再赘述。

图3和4中仅以虚线箭头示出了控制装置17给相应的开关管和开关提供控制信号。控制装置17包括脉宽调制信号产生装置，连接在脉宽调制信号产生装置的输出端和开关管S1-S4的栅极之间的栅极驱动器，以及控制开关K1、K2或开关K1’、K2’的导通状态的控制电路。本领域的技术人员还可以采用其他的控制装置来产生所需的控制信号，例如利用不间断电源10中给三相半桥变换器13提供脉宽调制信号的控制装置。

图5是根据本发明第三个实施例的单向不间断电源的电路图。如图5所示，放电电路包括连接在LC滤波电路22的输入端和地之间串联的开关K1”和电阻R1”，在正直流母线241和负直流母线242之间连接成一个桥臂的开关管S25和S26，以及连接在开关管S25和S26的中间节点N24与地之间串联的电感L1”和电阻R2”。其中在电池模式下，LC滤波电路22中的电感221与开关K1”串联，并作为放电路径的一部分。

在市电模式下，控制装置27控制开关K1”断开。

以下将分别介绍图5所示的电路在电池模式下，正直流母线241上的电压过压、负直流母线242上的电压过压，以及正负直流母线241、242上的电压都过压的情况下的放电方法。

放电方法(4)、正直流母线241上的电压过压：控制装置27控制开关K1”闭合，控制开关管S21、S22、S5和S6的方式与放电方法(1a)、(1a’)、(1b)、(1b’)或(1c)中控制开关管S1～S4的方式基本相同，在此不再赘述。

放电方法(5)、负直流母线242上的电压过压：控制装置27控制开关K1”闭合，控制开关管S21、S22、S5和S6的方式与放电方法(2a)、(2a’)、(2b)、(2b’)或(2c)中控制开关管S1～S4的方式基本相同，在此不再赘述。

放电方法(6)、正负直流母线241、242上的电压都过压：控制装置27控制开关K1”闭合，控制开关管S21、S22、S5和S6的方式与方法(3a)、(3a’)、(3b)或(3b’)中控制开关管S1～S4的方式基本相同，在此不再赘述。

在本发明的其他实施例中，还可以采用在中间节点N21和地之间串联的电感、电阻和开关代替图5中串联的开关K1”和电阻R1”。

虽然本发明已经通过优选实施例进行了描述，然而本发明并非局限于这里所描述的实施例，在不脱离本发明范围的情况下还包括所作出的各种改变以及变化。

Claims (14)

1.一种不间断电源直流母线的放电装置，所述不间断电源包括：

正直流母线；

负直流母线；

半桥变换器，其包括第一桥臂，所述第一桥臂包括与所述正直流母线连接的第一开关管和与所述负直流母线连接的第二开关管，所述半桥变换器用于将输入端接收的交流电转换为直流电；

其特征在于，所述不间断电源直流母线的放电装置包括：

电连接在所述第一桥臂的第一中间节点与地之间的第一可控导电装置；以及

控制装置，用于当所述不间断电源工作在电池模式下，控制所述第一可控导电装置、第一开关管和第二开关管的导通状态，当所述正直流母线上的电压过压时，使得所述正直流母线通过所述第一开关管和所述第一可控导电装置进行放电，以及当所述负直流母线上的电压过压时，使得所述负直流母线通过所述第二开关管和所述第一可控导电装置进行放电。

2.根据权利要求1所述的不间断电源直流母线的放电装置，其特征在于，所述第一可控导电装置包括串联的第一开关、第一电阻和第一电感，所述控制装置用于控制所述第一开关导通和断开。

3.根据权利要求1所述的不间断电源直流母线的放电装置，所述不间断电源还包括连接在所述交流电和所述半桥变换器的输入端之间的LC滤波电路，所述第一可控导电装置包括第二开关、第二电阻和所述LC滤波电路中的电感，所述LC滤波电路中的所述电感的一端连接至所述第一中间节点，且另一端通过串联的所述第二开关和第二电阻接地，所述控制装置用于控制所述第二开关导通和断开。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的不间断电源直流母线的放电装置，所述交流电为三相交流电，所述半桥变换器为三相半桥变换器，所述三相半桥变换器包括第二桥臂，所述第二桥臂包括与所述正直流母线连接的第三开关管和与所述负直流母线连接的第四开关管；其中，所述不间断电源直流母线的放电装置还包括电连接在所述三相半桥变换器的第二桥臂的第二中间节点与地之间的第二可控导电装置。

5.根据权利要求4所述的不间断电源直流母线的放电装置，所述第二可控导电装置包括串联的第三开关、第三电阻和第二电感。

6.根据权利要求1至3中任一项所述的不间断电源直流母线的放电装置，其特征在于，所述不间断电源直流母线的放电装置还包括：

在所述正直流母线和负直流母线之间连接成一个桥臂的第五开关管和第六开关管；以及

串联的第四电阻和第三电感，所述串联的第四电阻和第三电感连接在所述第五开关管和第六开关管的中间节点与地之间。

7.一种具有放电装置的不间断电源，其特征在于，包括如权利要求1至6中任一项所述的不间断电源和不间断电源直流母线的放电装置。

8.一种用于如权利要求1至3中任一项所述的不间断电源直流母线的放电装置的放电方法，其特征在于，所述放电方法包括：控制所述第一可控导电装置导通，给所述第一开关管和第二开关管分别提供第一脉宽调制驱动信号和第二脉宽调制驱动信号，当所述正直流母线上的电压过压时，使得所述正直流母线通过所述第一开关管和所述第一可控导电装置进行放电，以及当所述负直流母线上的电压过压时，使得所述负直流母线通过所述第二开关管和所述第一可控导电装置进行放电。

9.根据权利要求8所述的放电方法，其特征在于，

当所述正直流母线上的电压过压时，给所述第一开关管提供的第一脉宽调制驱动信号的占空比大于给所述第二开关管提供的第二脉宽调制驱动信号的占空比，且控制所述第一开关管和第二开关管不同时导通；或

当所述负直流母线上的电压过压时，给所述第一开关管提供的第一脉宽调制驱动信号的占空比小于给所述第二开关管提供的第二脉宽调制驱动信号的占空比，且控制所述第一开关管和第二开关管不同时导通。

10.根据权利要求9所述的放电方法，其特征在于，所述放电方法包括：

当所述正直流母线上的电压过压时，控制所述第二开关管截止；或

当所述负直流母线上的电压过压时，控制所述第一开关管截止。

11.根据权利要求9所述的放电方法，所述交流电为三相交流电，所述半桥变换器为三相半桥变换器，所述三相半桥变换器包括第二桥臂，所述第二桥臂包括与所述正直流母线连接的第三开关管和与所述负直流母线连接的第四开关管，所述不间断电源直流母线的放电装置还包括电连接在所述第二桥臂的第二中间节点与地之间的第二可控导电装置，其特征在于，当所述正直流母线和负直流母线上的电压都过压时，所述放电方法包括：

控制所述第一和第二可控导电装置导通，给所述第一开关管提供的第一脉宽调制驱动信号的占空比大于给所述第二开关管提供的第二脉宽调制驱动信号的占空比，且给所述第三开关管提供的第三脉宽调制驱动信号的占空比小于给所述第四开关管提供的第四脉宽调制驱动信号的占空比，且控制所述第一开关管和第二开关管不同时导通，且控制所述第三开关管和第四开关管不同时导通；或

控制所述第一和第二可控导电装置导通，给所述第一开关管提供的第一脉宽调制驱动信号的占空比小于给所述第二开关管提供的第二脉宽调制驱动信号的占空比，且给所述第三开关管提供的第三脉宽调制驱动信号的占空比大于给所述第四开关管提供的第四脉宽调制驱动信号的占空比，且控制所述第一开关管和第二开关管不同时导通，且控制所述第三开关管和第四开关管不同时导通。

12.根据权利要求11所述的放电方法，其特征在于，所述放电方法包括：

控制所述第一和第二可控导电装置导通，控制所述第二开关管和第三开关管截止；或

控制所述第一和第二可控导电装置导通，控制所述第一开关管和第四开关管截止。

13.根据权利要求9所述的放电方法，所述不间断电源直流母线的放电装置还包括：在所述正直流母线和负直流母线之间连接成一个桥臂的第五开关管和第六开关管；以及串联的第四电阻和第三电感，所述串联的第四电阻和第三电感连接在所述第五开关管和第六开关管的中间节点与地之间；其特征在于，当所述正直流母线和负直流母线上的电压都过压时，所述放电方法包括：

控制所述第一可控导电装置导通，给所述第一开关管提供的第一脉宽调制驱动信号的占空比大于给所述第二开关管提供的第二脉宽调制驱动信号的占空比，给所述第五开关管提供的第五脉宽调制驱动信号的占空比小于给所述第六开关管提供的第六脉宽调制驱动信号的占空比，且控制所述第一开关管和第二开关管不同时导通，且控制所述第五开关管和第六开关管不同时导通；或

控制所述第一可控导电装置导通，给所述第一开关管提供的第一脉宽调制驱动信号的占空比小于给所述第二开关管提供的第二脉宽调制驱动信号的占空比，给所述第五开关管提供的第五脉宽调制驱动信号的占空比大于给所述第六开关管提供的第六脉宽调制驱动信号的占空比，且控制所述第一开关管和第二开关管不同时导通，且控制所述第五开关管和第六开关管不同时导通。

14.根据权利要求13所述的放电方法，其特征在于，所述放电方法还包括：

控制所述第一可控导电装置导通，控制所述第二开关管和第五开关管截止；或

控制所述第一可控导电装置导通，控制所述第一开关管和第六开关管截止。