專利名稱：帶母線均壓功能的不間斷電源系統的制作方法
技術領域：
本發明涉及電源技術，具體涉及一種帶母線均壓功能的不間斷電源系統。
一般情況下，正、負母線電壓的平均值會因某些原因而不相等，如果差值過大，不進行抑制，會使輸出電壓正、負半周明顯不對稱，并使整個電路的輸入電壓范圍變窄，甚至使電路不能正常工作，因此有必要采取正、負母線均壓措施，使兩個電容上的平均電壓盡可能相等。已有的均壓方式見圖2，在

圖1基礎上，增加了由Q5、Q6、D5、D6和L3構成的“均壓電路”，其均壓原理是這樣的Q5導通時，正母線電容Cp放電，L3勵磁，Q5斷開時，L3電流不能突變，經D6續流，于是L3儲存的能量轉移到Cn，同理，Q6一通一斷可把Cn的能量轉移到Cp，控制Q5、Q6的導通時間就可控制Cp和Cn之間的能量轉移，從而控制Cp和Cn的電壓差值。然而，這種方法要增加Q5、Q6、D5和D6等開關器件和電感L3，器件成本增加不少。
本發明上述技術問題這樣解決，構造一種帶母線均壓功能的不間斷電源系統，包括由開關器件組成，在市電模式下完成整流功能的橋式整流裝置；與直流母線相連完成降壓或升壓功能的DC/DC轉換裝置；與所述DC/DC轉換裝置相連存儲能量的電池裝置；控制所述橋式整流裝置中開關器件的控制裝置以及控制所述橋式整流裝置中所述開關器件的控制單元，其特征在于在電池模式下，橋式整流裝置中至少有一相的輸入端與零線導通，而其開關器件在所述控制裝置的控制下完成均壓功能。
在上述帶母線均壓功能的不間斷電源系統中，所述橋式整流裝置，在市電模式下，還可完成均壓功能。
在上述帶母線均壓功能的不間斷電源系統中，還包含切換裝置，在電池模式下，通過上述切換裝置的切換，使得所述橋式整流裝置中至少一相的輸入端與零線導通。
在上述帶母線均壓功能的不間斷電源系統中，對單相不間斷電源系統，所述橋式整流裝置為單相橋式整流裝置，所述切換裝置為單刀雙擲選擇開關；上述單相整流裝置的輸入端通過單刀雙擲選擇開關控制與零線導通和關斷。
在上述帶母線均壓功能的不間斷電源系統中，所述單相橋式整流裝置由輸入電感(L1)和兩個MOS管(Q1、Q2)組成。
在上述帶母線均壓功能的不間斷電源系統中，對三相不間斷電源系統，所述整流裝置為三相橋式整流裝置，所述切換裝置為三刀兩擲選擇開關，在電池模式下，所述三相橋式整流裝置中一相的輸入端通過上述三刀兩擲選擇開關與零線導通，且上述完成切換的一相完成均壓功能。
在上述帶母線均壓功能的不間斷電源系統中，在電池模式下，所述三相整流裝置中有兩相的輸入端通過上述三刀兩擲選擇開關與零線導通，且上述完成切換的兩相中有一相或兩相完成均壓功能。
在上述帶母線均壓功能的不間斷電源系統中，所述三相整流裝置由三個電感(La、Lb、Lc)和第一對MOS管(Q1、Q2)、第二對MOS管(Q3、Q4)及第三對MOS管(Q5、Q6)組成。
實施本發明提供的帶母線均壓功能的不間斷電源系統，將均壓電路與輸入PFC電路結合一起，可大量復用元器件，在增加很少零件和成本前提下，實現母線均壓功能，并可應用于兩相或三相UPS系統的電路中。
如圖3所示，為實現元器件的復用，提高器件利用率，本發明的基本思路就是把均壓電路和輸入PFC電路結合在一起，具體就是，在市電模式，S1置于位置“1”，Q1、Q2和L1等構成的輸入級作為PFC，在其控制上增加均壓控制環路，則PFC在實現整流的同時，可完成均壓功能。在電池模式，如果Cp、Cn平均電壓不相等，則S1置于“2”，輸入級變成均壓電路，可使Cp、Cn平均電壓幾乎相等。某些時候，系統有可能“聯合供電”模式，即同時處于市電模式和電池模式，則由PFC完成均壓功能。總之，除了不需要均壓的旁路模式外，圖3電路能在各種模式完成均壓。可看出，圖3電路能實現圖2電路的均壓功能，與圖1電路相比，S1從“單刀單擲”變成了“單刀雙擲”，只增加了一個觸點，成本增加很少。這種復用在兩相或三相UPS中同樣有效。
本發明的另一個實施例如圖4所示，所有的控制由DSP板完成。在市電模式，S1置于“1”，L1、Q1和Q2等器件構成的輸入級作為半橋升壓型PFC，其基本控制采用雙環控制，外環為電壓環，反饋的正負總母線電壓Vbus(Cp和Cn上電壓之和)與輸出電壓指令比較，其誤差經比例-積分(PI)調節器后輸出量作為輸入電感電流幅值的指令值iL1_ref，由內環實現輸入電流跟蹤輸入市電波形，從而完成功率因數校正功能。為了實現正負母線均壓，增加了第三個控制環----均壓環，把母線電壓之差Vd送至校正環節G，其輸出迭加到電流指令上，從而實現自動母線均壓。輸出級是標準的半橋逆變電路，控制上也采用雙環控制，輸出純凈的正弦電壓。在電池模式，S1置于“2”，電池經DC/DC提供穩定的正負母線電壓，由輸出逆變電路輸出純凈正弦電壓給負載，這時，一旦發現正負母線電壓差別過大，則給Q1和Q2的控制端G1和G2送控制脈沖，調節母線電壓差值，與市電模式不同之處在于，反饋量iL1和電流環輸出控制量iL1_ref都被設置成零。在聯合供電模式，S1置于“1”，輸入級的工作與市電模式一樣，不但完成PFC功能，而且完成母線均壓功能。
圖4的Q1~Q4是MOSFET，也可以是其他類型的功率開關器件。對于兩相或三相輸入的UPS，也可利用本發明提出的復用技術，例如在圖5所示的第二實施例中，通過開關S1、S2和S3實現了三相輸入的UPS前級電路的復用。
權利要求
1.一種帶母線均壓功能的不間斷電源系統，包括由開關器件組成，在市電模式下完成整流功能的橋式整流裝置；與直流母線相連完成降壓或升壓功能的DC/DC轉換裝置；與所述DC/DC轉換裝置相連儲存能量的電池裝置；控制所述橋式整流裝置中開關器件的控制裝置；其特征在于在電池模式下，橋式整流裝置中至少有一相的輸入端與零線導通，而其開關器件在所述控制裝置的控制下完成均壓功能。
2.根據權利要求1所述不間斷電源系統，其特征在于，所述橋式整流裝置，在市電模式下，還可完成均壓功能。
3.根據權利要求1所述不間斷電源系統，其特征在于，還包含切換裝置，在電池模式下，通過上述切換裝置的切換，使得所述橋式整流裝置中至少一相的輸入端與零線導通。
4.根據權利要求3所述不間斷電源系統，其特征在于，對單相不間斷電源系統，所述橋式整流裝置為單相橋式整流裝置，所述切換裝置為單刀雙擲選擇開關，上述單相整流裝置的輸入端通過所述單刀雙擲選擇開關控制所述輸入端與零線導通還是與市電導通。
5.據權利要求4所述不間斷電源系統，其特征在于，所述單相橋式整流裝置由輸入電感(L1)和兩個MOS管(Q1、Q2)組成，輸入電感(L1)的一端與所述切換裝置相連，另一端與MOS管(Q1)的源極、MOS管(Q2)的漏極相連，上述MOS管(Q1)的漏極與直流正母線相連，MOS管(Q2)的源極與直流負母線相連。
6.根據權利要求3所述不間斷電源系統，其特征在于，對三相不間斷電源系統，所述整流裝置為三相橋式整流裝置，所述切換裝置為三刀兩擲選擇開關，在電池模式下，所述三相橋式整流裝置中一相的輸入端通過上述三刀兩擲選擇開關與零線導通，且對上述完成切換的一相實現均壓功能。
7.根據權利要求6所述不間斷電源系統，其特征在于，在電池模式下，所述三相整流裝置中有兩相的輸入端通過上述三刀兩擲選擇開關與零線導通，且上述完成切換的兩相中有一相或兩相完成均壓功能。
8.根據權利要求6所述不間斷電源系統，其特征在于，所述三相整流裝置由三個電感(La、Lb、Lc)和第一對MOS管(Q1、Q2)、第二對MOS管(Q3、Q4)及第三對MOS管(Q5、Q6)組成，第一相中的電感(La)的一端與所述切換裝置相連，另一端與MOS管(Q1)的源極和MOS管(Q2)的漏極相連，上述MOS管(Q1)的漏極與直流正母線相連，MOS管(Q2)的源極與直流負母線相連；其他兩相中電感和MOS管的連接方式與第一相相同。
全文摘要
一種帶母線均壓功能的不間斷電源系統，包括由開關器件組成，在市電模式下完成整流功能的橋式整流裝置；與直流母線相連完成降壓或升壓功能的DC/DC轉換裝置；與所述DC/DC轉換裝置相連儲存能量的電池裝置；控制所述橋式整流裝置中開關器件的控制裝置，其特征在于在電池模式下，橋式整流裝置中至少有一相的輸入端與零線導通，而其開關器件在所述控制裝置的控制下完成均壓功能。這種帶母線均壓功能的不間斷電源系統，將均壓電路與輸入PFC電路結合一起，可大量復用元器件，在增加很少成本前提下，實現母線均壓功能，并可應用于兩相或三相UPS系統的電路中。
文檔編號H02J7/00GK1476139SQ0213456
公開日2004年2月18日 申請日期2002年8月14日 優先權日2002年8月14日
發明者劉平, 于相旭, 劉 平 申請人:艾默生網絡能源有限公司