CN203761123U - 一种ups并机电流采样转换控制*** - Google Patents

Abstract

本实用新型提出了一种UPS并机电流采样转换控制***，其包括输出电流采样电路、并机电流信号控制电路、转换电路以及DSP控制电路，所述转换电路的输入端与输出电流采样电路和并机电流信号控制电路相连，输出端与DSP控制电路相连，以将正、负输出电流采样信号（I_+、I_-）和正、负并机电流信号（IBUS_I+、IBUS_I-）转换成电流采样信号（IOP_POB）和并机用电流环流控制信号（IOP_ERR）并送入DSP控制电路。本方案的电流采样装置共用一个绕组完成单机和并机电流采样，既可以用于并机模式，也可以用于单机模式的输出电流采样。单机模式下并机部分的电路不会工作，且不会影响单机模式的电路采样，电路结构控制方式简单，且***电路较少，值得推广。

Description

一种UPS并机电流采样转换控制***

技术领域

本实用新型专利涉及电力电子设备技术领域，尤其涉及一种用于UPS并机的并机电流采样转换控制***。

背景技术

UPS(Uninterruptible Power System)不间断电源作为一种提高供电可靠性和供电质量的电力设备，可以始终向负载提供稳压、稳频的高质量电源，同时抑制电网的尖峰、浪涌、噪声、以及补偿电压凹陷等电源干扰负载的影响，对于UPS用户而言，多台UPS模块并联向负载供电，可以极大的提高电源的稳定性和可靠性，也可以构成更大功率的供电***，扩容方便、易于维护等。

UPS(或逆变器)由于输出的是正弦交流电，并联运行需要考虑幅值、频率和相位的因素，要能很好的进行并行输出并减小环流，它的采样控制方式就显得及其重要，其中的并机电流采样控制方式就特别重要。有些并机电流采样需要在电流互感器二次侧设置两组采样电阻，对环流控制信号单独控制，然后再到并机板上对信号进一步处理，增加了电路的复杂性和调试难度，也增大了电路出故障的几率。

实用新型内容

本实用新型旨在提出一种全新的解决方案，适用于并机UPS(或逆变器)的电流采样装置、工作方法及转换控制***。

本实用新型所采用的技术方案包括：

一种UPS并机电流采样转换控制***，与一台或者多台UPS相连，该***包括输出电流采样电路、并机电流信号控制电路、转换电路以及DSP控制电路，其中输出电流采样电路包括电流互感器，所述电流互感器的一次测与输出L线相连而其二次侧与转换电路的第一输入端相连，所述并机电流信号控制电路包括继电器及继电器控制电路，所述并机电流信号控制电路的信号输出端与转换电路的第二输入端相连，所述转换电路的输出端与DSP控制电路相连，以将输出电流采样电路输出的正、负输出电流采样信号(I_+、I_-)和并机电流信号控制电路送过来的正、负并机电流信号(IBUS_I+、IBUS_I-)转换成电流采样信号(IOP_POB)和并机用电流环流控制信号(IOP_ERR)并送入DSP控制电路。

作为以上技术方案的一种改进，所述转换电路包括与正输出电流采样信号(I_+)输入端和正并机电流信号(IBUS_I+)输入端相连的第一反相比例放大电路，所述第一反相比例放大电路后端依次连接有第一分压电路以及第一电压跟随器，所述转换电 路还包括与负输出电流采样信号(I_-)输入端和负并机电流信号(IBUS_I-)输入端相连的第二反相比例放大电路，所述第二反相比例放大电路后端依次连接有第三反相比例放大电路、第二分压电路以及第二电压跟随器，其中所述第三反相比例放大电路前端还与负输出电流采样信号(I_-)输入端和负并机电流信号(IBUS_I-)输入端相连。

作为以上技术方案的一种改进，所述电流采样信号(IOP_POB)为以1.5VDC为中心变化的电压信号，所述并机用电流环流控制信号(IOP_ERR)在UPS单机使用时为1.5VDC的无信号电平，在UPS并机使用时为以1.5VDC为中心变化的电压信号，

作为以上技术方案的一种改进，所述第一、第二和第三反相比例放大电路均采用运算放大器构成。

作为以上技术方案的一种改进，所述转换电路还包括高频滤波电路以及共模、差模滤波电路。

作为以上技术方案的一种改进，所述分压电路为3.0VDC上拉电压分压电路。

由上可见，本实用新型所提出***采用了一种全新的UPS并机电流采样转换控制方式，它共用一个绕组，可以同时完成单机输出电流采样转换和并机电流采样转换。本实用新型的***包括电流互感器和采样电阻组成的输出电流采样电路，继电器和继电器控制电路组成的并机电流信号控制电路，以及由钳位二极管、运放、滤波电感以及相应的RC滤波电路、高频滤波电路、共模、差模滤波电路、电压跟随、比例运算电路等构成的转换电路。其中，所述电流互感器和采样电阻对UPS的输出电流进行采样并将电流信号转换为电压信号，所述继电器对并机电流信号的输入进行控制，所述钳位二极管是将二极管一端的电压钳位至二极管的另一侧用于保护后面的电路不被过压击穿，所述部分运放及其***电路形成反相比例电路，另外一部分运放则形成电压跟随器，所述滤波电路主要由电感、电容、电阻两两组合或单独使用来达到滤波效果。

本实用新型的有益效果在于：

本实用新型的电流采样装置共用一个绕组，共用一个采样电路完成单机和并机电流采样，既可以用于并机模式，也可以用于单机模式的输出电流采样。单机模式下并机部分的电路不会工作，且不会影响单机模式的电路采样，电路结构控制方式简单，且***电路较少。此外，本实用新型利用运放和***电容电阻组合一个反向比例运算电路，独立出一个环流控制信号，电路结构简单，采样一致性好。

附图说明

为了使本实用新型所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下 结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅适用于解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。在本实用新型所附的附图中：

图1为本实用新型工作原理框图；

图2为本实用新型的输出电流采样电路原理图；

图3为本实用新型的并机电流信号控制电路原理图；

图4为本实用新型的转换电路原理图。

具体实施方式

本实用新型提供一种UPS并机电流采样转换控制***，如图1所示，其包括输出电流采样电路、并机电流信号控制电路、转换电路以及DSP控制电路。输出电流采样电路包括电流互感器CT1和采样电阻R1，并机电流信号控制电路包括继电器RY1及继电器控制电路，其中电流互感器CT1的一次侧接在输出L线上，二次侧接在转换电路的输入端，并机电流信号通过继电器RY1也接入到转换电路中，转换电路产生输出电流采样信号和并机用电流环流控制信号到DSP控制电路中。

如图2所示，在输出电流采样电路中，输出电流在电流互感器CT1二次侧输出一个经过隔离的输出电流采样信号，电阻R1将电流信号变为电压信号，并可以调节输出电压的幅值，C2、C3用来滤除共模干扰，C1用来滤除差模干扰。

如图3所示，并机电流信号控制电路包括继电器RY1及继电器控制电路，其中，H_BUS_AB信号通过电阻R23、R24分成一个合适的电压来驱动三极管Q1，以此来控制继电器RY1的开通和关断，D4用于给继电器RY1的线圈电感续流，保护Q1不被关断时继电器RY1线圈产生的感应电压击穿，L3、L4、C12、C13滤除输入信号ISS_BUS_I+、ISS_BUS_I-上的共模干扰。单机使用时，H_BUS_AB信号一直出低电平，继电器RY1不动作，并机时H_BUS_AB信号出高电平，继电器3、4脚和5、6脚吸合，并机电流信号IBUS_I+和IBUS_I-送入到转换电路中。

如图3所示，根据本实用新型的转换电路，用于将输出电流采样电路输出的输出电流采样信号和经过继电器RY1的送过来的并机电流信号转换成送入DSP控制电路的电流采样信号和并机用电流环流控制信号。当UPS单机使用时控制继电器RY1开路，此时正输出电流信号I_+经过运放U1A(第一反相比例放大电路)的反相比例放大、3.0VDC上拉电压分压(第一分压电路)和U1B电压跟随(第一电压跟随器)改善其输出特性之后IOP_POB输出一个以1.5VDC为中心变化的电压信号(电流采样信号)；由于I_-经过运放U1C(第二反相比例放大电路)的反相比例放大，R6、R7、R9、R10阻值的匹配，UIC的8脚输出电压和I_-的符号相反，大小相等，所以当电 阻R11、R12设为相同值时，U1D的13脚输入电压为零，故经过运放U1D(第三反相比例放大电路)的反相比例放大、3.0VDC上拉电压分压(第二分压电路)和U2A电压跟随(第二电压跟随器)改善其输出特性之后，DIOP_ERR是一个1.5VDC的无信号电平(并机用电流环流控制信号)。当UPS并机使用时控制继电器吸合，此时IBUS_I+和IBUS_I-不为零，U1A的电路由反相比例放大电路变为由I_+和IBUS_I+信号的反相求和电路，3.0VDC上拉电压分压和U1B电压跟随器电路部分参数不变化，IOP_POB仍然输出一个以1.5VDC为中心变化的电压信号；由于I_-经过运放U1C的反相比例放大，R6、R7、R9、R10阻值的匹配，UIC的8脚输出电压和I_-的符号相反，大小相等，所以当R11、R12设为相同值时，U1D的13脚输入电压只为IBUS_I-经过反相比例放大的电压，再经过一系列处理(经第三反相比例放大电路、第二分压电路和第二电压跟随器)，此时IOP_ERR是一个以1.5VDC为中心变化的电压信号。

从上述的方案可以看出，输出电流经过电流互感器隔离采样后送入到转换电路中，通过转换电路可以同时完成输出电流检测和并机环流检测，当进行并机时控制继电器吸合，并机信号送入到转换电路中，经过转换电路之后送入到控制DSP中。整个过程与强电隔离，并机信号只有当继电器吸合才会参与到控制中，***安全可靠。

在具体实施中，为了安全准确的采样输出电流，R1要采用无感精密电阻，且要保证所承受的最大功率在额定的功率范围内，电阻的阻值选取一般为在最大电流时使输出的电压不超过3VDC。C2、C3滤共模电容为了控制漏电流在人体可承受的安全范围内，不宜过大，一般采用10NF的安规电容，C1差模电容则根据EMC需要选用大小合适的金属膜电容。

在具体实施中，为了使继电器RY1能够正常工作，三极管Q1的1脚(驱动脚)处的电压和流过的电流都应该在合适的范围内，电压被R23、R24分压后应不小于Q1的基极-发射极压降(一般为0.7V)，根据三极管驱动脚承受的最大电流、三极管放大倍数和继电器正常工作时流过的电流，选取R23、R24的最大、最小值在一定的范围内，一般为2～10K的电阻。D5选取快速(快恢复)二极管，L3、L4、C12、C13滤除小信号中的共模干扰，L3、L4一般选取微亨级别的电感(如56UH)，C12、C13一般选取纳法级别(如10nF)比较合适。

在具体实施中，为了使IOP_POB、IOP_ERR能够输出一个可以被控制DSP识别的信号和改善控制效果，以下元器件应特别选取，L1、L2一般为微亨级别的电感(如56UH)，C5、C8、C11，一般选取几百PF至2NF左右，根据调试具体调试效果选取，C7、C10为滤电源3VDC的高频干扰，一般为UF级别的电容，C4、C6、C9为滤波电容，一般比较小，以几十个PF为宜，R4与R5之和等于R13，R6与R7之和等于R9，R8、R9、R11、R12、R13相等，R15、R16、R20、R21相等，R17、R22一般 不宜过大，用1～10K电阻，由于电流互感器次级电流较小，故以上的电容、电阻、电感可以用较小的封装(06031/10W)即可满足功率要求。其中，单机时，

$U_{\mathrm{IOP}\_\mathrm{POB}}=\frac{R13(U_{I+}-U_{I-})}{R4+R5}*\frac{R16}{R15+R16}+\frac{R15}{R15+R16}*3$

$U_{\mathrm{IOP}\_\mathrm{ERR}}=[-\frac{R18}{R12}\mathrm{UI}\_-+\frac{R9*R18*U_{I\_-}}{(R6+R7)*R11}]*\frac{R21}{R20+R21}+\frac{R20}{R20+R21}*3$

由于每台并机采样电路一样，故并机时有

$U_{\mathrm{IOP}\_\mathrm{POB}}=-\frac{R13\left(U_{I+}-U_{I+}{U}_{\mathrm{IBUS}\_I+}-U_{\mathrm{IBUS}\_I-}\right)}{R4+R5}*\frac{R16}{R15+R16}+\frac{R15}{R15+R16}*3$

$U_{\mathrm{IOP}\_\mathrm{ERR}}=[-\frac{R18}{R12}{U}_{I\_}-+\frac{R9*R18*\left(U_{I\_-+}{U}_{\mathrm{IBUS}\_I-}\right)}{(R6+R7)*R11}]*\frac{R21}{R20+R21}+\frac{R20}{R20+R21}*3$

如果采用之前所述的电阻、电容参数，则单机时

U_{IOP_ERR}＝1.5，即单机时并机用电流环流控制信号为一个固定的值，相当于无信号输出。并机时

$U_{\mathrm{IOP}\_\mathrm{POB}}=-\frac{U_{I+}-U_{I+}{U}_{\mathrm{IBUS}\_I+}-U_{\mathrm{IBUS}\_I-}}{2}+1.5,U_{\mathrm{IOP}\_\mathrm{ERR}}=\frac{U_{\mathrm{IBUS}\_I-}}{2}+1.5,$ 即并机时并机用电流环流控制信号为另一台并机所采样过来的输出电流信号，送入到DSP即可参与并机均流和环流控制。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其它的并机均流和环流控制技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。

Claims (6)

1.一种UPS并机电流采样转换控制***，与一台或者多台UPS相连，其特征在于，包括输出电流采样电路、并机电流信号控制电路、转换电路以及DSP控制电路，其中输出电流采样电路包括电流互感器，所述电流互感器的一次测与输出L线相连而其二次侧与转换电路的第一输入端相连，所述并机电流信号控制电路包括继电器及继电器控制电路，所述并机电流信号控制电路的信号输出端与转换电路的第二输入端相连，所述转换电路的输出端与DSP控制电路相连，以将输出电流采样电路输出的正、负输出电流采样信号(I_+、I_-)和并机电流信号控制电路送过来的正、负并机电流信号(IBUS_I+、IBUS_I-)转换成电流采样信号(IOP_POB)和并机用电流环流控制信号(IOP_ERR)并送入DSP控制电路。

2.根据权利要求1所述的UPS并机电流采样转换控制***，其特征在于，所述转换电路包括与正输出电流采样信号(I_+)输入端和正并机电流信号(IBUS_I+)输入端相连的第一反相比例放大电路，所述第一反相比例放大电路后端依次连接有第一分压电路以及第一电压跟随器，所述转换电路还包括与负输出电流采样信号(I_-)输入端和负并机电流信号(IBUS_I-)输入端相连的第二反相比例放大电路，所述第二反相比例放大电路后端依次连接有第三反相比例放大电路、第二分压电路以及第二电压跟随器，其中所述第三反相比例放大电路前端还与负输出电流采样信号(I_-)输入端和负并机电流信号(IBUS_I-)输入端相连。

3.根据权利要求1所述的UPS并机电流采样转换控制***，其特征在于，所述电流采样信号(IOP_POB)为以1.5VDC为中心变化的电压信号，所述并机用电流环流控制信号(IOP_ERR)在UPS单机使用时为1.5VDC的无信号电平，在UPS并机使用时为以1.5VDC为中心变化的电压信号。

4.根据权利要求2所述的UPS并机电流采样转换控制***，其特征在于，所述第一反相比例放大电路、第二反相比例放大电路和第三反相比例放大电路均采用运算放大器构成。

5.根据权利要求1所述的UPS并机电流采样转换控制***，其特征在于，所述转换电路还包括高频滤波电路以及共模、差模滤波电路。

6.根据权利要求2所述的UPS并机电流采样转换控制***，其特征在于，所述第一、第二分压电路为3.0VDC上拉电压分压电路。