一種不間斷電源及其控制方法與流程

本發(fā)明涉及源領(lǐng)域，特別涉及一種不間斷電源及其控制方法。

背景技術(shù)：

目前，如圖1‐6所示，傳統(tǒng)的三橋臂拓?fù)潆娐分校琇1為PFC電感，L2為逆變電感，第一開關(guān)器件Q1和第二開關(guān)器件Q2為第一橋臂，第三開關(guān)器件Q3和第四開關(guān)器件Q4為第二橋臂，第五開關(guān)器件Q5和第六開關(guān)器件Q6為第三橋臂。其中，第二橋臂為復(fù)用臂。第一橋臂與第二橋臂構(gòu)成交流到直流變換的PFC升壓功能，第二橋臂與第三橋臂構(gòu)成直流到交流變換的逆變功能。

圖1為交流輸入、輸出同為正半波時，PFC電感和逆變電感儲能通路，圖2為交流輸入、輸出同為正半波時，PFC電感和逆變電感續(xù)流通路；圖3為當(dāng)交流輸入、輸出同為負(fù)半波時，PFC電感和逆變電感儲能通路；圖4為當(dāng)交流輸入、輸出同為負(fù)半波時，PFC電感和逆變電感續(xù)流通路。

三橋臂拓?fù)涞牡诙虮圩鳛閺?fù)用臂，為前級升壓以及后級逆變提供公共回路。在輸入、輸出同相位情況下，流經(jīng)第二橋臂的電流為前級電感電流與后級電感電流之差。因此器件損耗也小，系統(tǒng)效率高。

但是在實際應(yīng)用中，如果交流輸入與輸出存在一定相差，在相位差期間，將出現(xiàn)不同于上述描述的功率回路，導(dǎo)致母線電壓過壓問題。

在交流輸入為正半周期、而輸出為負(fù)半周期期間，第一橋臂的Q2做高頻動作。當(dāng)Q2關(guān)斷時，因為后級處于逆變負(fù)半周期，第二橋臂的Q3導(dǎo)通。此時將形成異常的功率回路(如圖5路徑P2)，圖5為交流輸入、輸出失同步時正半波PFC電感電流續(xù)流回路。

原本PFC電感電流應(yīng)該給電容C1充電，但是Q3此時導(dǎo)通，結(jié)果導(dǎo)致PFC電感進(jìn)一步儲能，當(dāng)Q3關(guān)斷時，PFC電感電流才流向電容C1。

圖6為交流輸入輸出失同步時負(fù)波PFC電感電流續(xù)流回路，在交流輸入負(fù)半波時，Q1斷開。負(fù)半波時同理，PFC電感續(xù)流回路被Q4截斷，由原本的續(xù)流變成儲能。

由此分析可知，在交流輸入、輸出不同相位時，第二橋臂驅(qū)動如果控制不合理，極易導(dǎo)致PFC電感過度儲能引起母線電解過壓，甚至導(dǎo)致PFC電感飽和，進(jìn)而引起開關(guān)管過流損壞。這也是三橋臂拓?fù)鋵嶋H應(yīng)用的風(fēng)險點所在。

當(dāng)輸入和輸出電壓不同相時，PFC電流與逆變電流相位不相同時，中間臂的驅(qū)動控制如果跟隨逆變，則PFC電流諧波就會增大；反之，如果跟隨PFC，則逆變電流諧波就會增大；此情況下極易導(dǎo)致中間臂的開關(guān)管電流失控而引起損壞，存在輸出掉電隱患。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種不間斷電源及其控制方法，防止掉電，可靠性高。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是：一種不間斷電源，包括一儲能單元、一市電輸入、一預(yù)防掉電單元、一充電單元和一三橋臂拓?fù)潆娐?；所述儲能單元和市電輸入分別經(jīng)充電單元和預(yù)防掉電單元與三橋拓臂撲電路電連；所述儲能單元經(jīng)第一輸入切換開關(guān)與所述充電單元電連，所述市電輸入經(jīng)第二輸入切換開關(guān)與預(yù)防掉電單元電連，所述三橋臂拓?fù)潆娐份敵龆诉B接一負(fù)載；還包括用于測量市電輸入電壓的第一電壓相位檢測模塊和用于測量輸入至負(fù)載電壓的第二電壓相位檢測單元，所述第一電壓相位檢測單元和第二電壓相位檢測單元經(jīng)一相差判斷單元與一控制單元電連，所述控制單元與所述第一輸入切換開關(guān)、第二輸入切換開關(guān)、充電單元、預(yù)防掉電單元和三橋臂拓?fù)潆娐冯娺B。

進(jìn)一步的，所述三橋臂拓?fù)浒ㄏ嗷ゲ⒙?lián)的第二橋臂、第三橋臂和第四橋臂，其中第二橋臂由第三開關(guān)器件和第四開關(guān)器件組成，第三橋臂由第五開關(guān)器件和第六開關(guān)器件組成，第四橋臂由第七開關(guān)器件和第八開關(guān)器件組成，第二、第三和第四橋臂均并聯(lián)接在BUS正母線和BUS負(fù)母線之間，BUS正母線和BUS負(fù)母線之間還并聯(lián)有第一電容。

進(jìn)一步的，所述預(yù)防掉電單元由第一單向?qū)щ娖骷偷诙蜗驅(qū)щ娖骷聪虿⒙?lián)組成，所述預(yù)防掉電單元的一端與第二輸入切換開關(guān)電連，另一端經(jīng)一第二電感連接至第二橋臂的中點。

進(jìn)一步的，所述市電輸入的火線與第二輸入切換開關(guān)電連，市電輸入的零線連接至第三橋臂的中點。

進(jìn)一步的，所述充電單元包括第一電感以及由第一開關(guān)器件和第二開關(guān)器件組成的第一橋臂，所述第一電感的輸入端與第一輸入切換開關(guān)連接，第一電感的輸出端連接至第一橋臂的中點，所述第一橋臂并聯(lián)于BUS正母線和BUS負(fù)母線之間。

進(jìn)一步的，所述儲能單元正輸出端與第一輸入切換開關(guān)電連，儲能單元的負(fù)輸出端與BUS負(fù)母線連接。

進(jìn)一步的，所述負(fù)載的正輸入經(jīng)一第三電感連接至第四橋臂的中點，負(fù)載的負(fù)輸入端連接至第三橋臂的中點，負(fù)載的正輸入端和負(fù)輸入端之間還并聯(lián)有一第二電容，所述第二電容的輸入端與第三電感的輸入端連接。

本發(fā)明還提供一種根據(jù)上述所述的不間斷電源的控制方法，包括以下步驟：

步驟S1：通過第一電壓相位檢測單元實時檢測市電輸入電壓相位θ1，通過第二電壓相位檢測單元實時檢測輸入負(fù)載的電壓相位θ2，并將市電輸入電壓相位θ1和輸入負(fù)載的電壓相位θ2輸入至相差檢測單元；

步驟S2：通過相差檢測單元得到市電輸入電壓相位θ1和輸入負(fù)載的電壓相位θ2的相位差Δθ，其中Δθ＝|θ₁-θ₂|；

步驟S3：若步驟S2中Δθ＜90°，則通過控制單元控制第一輸入切換開關(guān)保持?jǐn)嚅_狀態(tài)，第二輸入切換開關(guān)保持導(dǎo)通狀態(tài)，三橋臂拓?fù)潆娐诽幱谑须娔孀児ぷ鳡顟B(tài)，即此時市電輸入連接至三橋臂拓?fù)潆娐?；?0°≤Δθ＜180°，則轉(zhuǎn)入步驟S4；

步驟S4：通過控制單元控制第二輸入切換開關(guān)和預(yù)防掉電單元處于斷開狀態(tài)，第一輸入切換開關(guān)處于導(dǎo)通狀態(tài)，三橋臂拓?fù)潆娐诽幱陔姵啬孀児ぷ鳡顟B(tài)，即此時三橋臂拓?fù)潆娐返妮斎胗墒须娸斎肭袚Q至儲能單元輸入。

進(jìn)一步的，在所述步驟S4中，控制第一電感先處于儲能狀態(tài)，后處于續(xù)流狀態(tài)；當(dāng)?shù)谝浑姼刑幱趦δ軤顟B(tài)時，控制單元控制第一開關(guān)器件處于斷開狀態(tài)，第二開關(guān)器件處于導(dǎo)通狀態(tài)，儲能單元輸入電流依次經(jīng)過第一輸入切換開關(guān)、第一電感、第二開關(guān)器件形成的回路；當(dāng)?shù)谝浑姼刑幱诶m(xù)流狀態(tài)時，控制單元控制第一開關(guān)器件處于導(dǎo)通狀態(tài)，第二開關(guān)器件處于斷開狀態(tài)，儲能單元輸入電流依次經(jīng)過第一輸入切換開關(guān)、第一電感、第一開關(guān)器件、第一電容形成的回路。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果：本發(fā)明保留了三橋臂拓?fù)潆娐防寐矢?、效率高、損耗小的優(yōu)勢。三橋臂拓?fù)潆娐酚捎谳斎胼敵鲭妷菏饺菀椎綦姡赡茉斐韶?fù)載設(shè)備不正常工作或不工作的情況。針對此種情況，當(dāng)負(fù)載為精密負(fù)載時，可能造成的掉電會產(chǎn)生不可估量的損失。本發(fā)明提供的一種不間斷電源，當(dāng)市電輸入和三橋臂拓?fù)潆娐返妮敵鲥e相較大時，利用預(yù)防掉電單元快速控制斷開交流輸入回路，阻斷異常功率回路。當(dāng)失同步相差較大時，由市電逆變快速切換至電池逆變工作狀態(tài)，電池逆變工作狀態(tài)即采用儲能單元進(jìn)行供電，保證了輸出不掉電。因此，相對于精密負(fù)載來講，極大保證失同步條件下的穩(wěn)定運行，最大程度上保證其經(jīng)濟(jì)效益。

附圖說明

圖1為現(xiàn)有技術(shù)中的交流輸入、輸出同為正半波時，PFC電感和逆變電感儲能通路。

圖2為現(xiàn)有技術(shù)中的交流輸入、輸出同為正半波時，PFC電感和逆變電感續(xù)流通路。

圖3為現(xiàn)有技術(shù)中的當(dāng)交流輸入、輸出同為負(fù)半波時，PFC電感和逆變電感儲能通路。

圖4為現(xiàn)有技術(shù)中的當(dāng)交流輸入、輸出同為負(fù)半波時，PFC電感和逆變電感續(xù)流通路。

圖5為現(xiàn)有技術(shù)中的交流輸入、輸出失同步時正半波PFC電感電流續(xù)流回路。

圖6為現(xiàn)有技術(shù)中的交流輸入輸出失同步時負(fù)波PFC電感電流續(xù)流回路。

圖7為本發(fā)明實施例提供的不間斷電源的電路原理框圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖，對本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行具體說明。

如圖7所示，本發(fā)明實施例提供一種不間斷電源，包括一儲能單元、一市電輸入、一預(yù)防掉電單元、一充電單元和一三橋臂拓?fù)潆娐?；所述儲能單元和市電輸入分別經(jīng)充電單元和預(yù)防掉電單元與三橋拓臂撲電路電連；所述儲能單元經(jīng)第一輸入切換開關(guān)K1與所述充電單元電連，所述市電輸入經(jīng)第二輸入切換開關(guān)K2與預(yù)防掉電單元電連，所述三橋臂拓?fù)潆娐份敵龆诉B接一負(fù)載；還包括用于測量市電輸入電壓的第一電壓相位檢測模塊和用于測量輸入至負(fù)載電壓的第二電壓相位檢測單元，所述第一電壓相位檢測單元和第二電壓相位檢測單元經(jīng)一相差判斷單元與一控制單元電連，所述控制單元與所述第一輸入切換開關(guān)、第二輸入切換開關(guān)、充電單元、預(yù)防掉電單元和三橋臂拓?fù)潆娐冯娺B。

從上述可知，本發(fā)明的有益效果在于：通過儲能單元和市電輸入經(jīng)三橋臂拓?fù)潆娐放c負(fù)載連接，通過第一輸入切換開關(guān)K1和第二輸入切換開關(guān)K2實現(xiàn)儲能單元和市電輸入切換供電，通過第一、第二電壓相位檢測單元檢測市電輸入和輸入至負(fù)載的電壓相位情況，保證三橋臂拓?fù)潆娐份敵霾坏綦?，從而保證負(fù)載的穩(wěn)定工作，可靠性高。

在本實施例中，所述三橋臂拓?fù)浒ㄏ嗷ゲ⒙?lián)的第二橋臂、第三橋臂和第四橋臂，其中第二橋臂由第三開關(guān)器件Q3和第四開關(guān)器件Q4組成，第三橋臂由第五開關(guān)器件Q5和第六開關(guān)器件Q6組成，第四橋臂由第七開關(guān)器件Q7和第八開關(guān)器件Q8組成，第二、第三和第四橋臂均并聯(lián)接在BUS正母線和BUS負(fù)母線之間，BUS正母線和BUS負(fù)母線之間還并聯(lián)有第一電容C1。

在本實施例中，所述預(yù)防掉電單元由第一單向?qū)щ娖骷1和第二單向?qū)щ娖骷2反向并聯(lián)組成，所述預(yù)防掉電單元的一端與第二輸入切換開關(guān)K2電連，另一端經(jīng)一第二電感L2連接至第二橋臂的中點B。其中S1和S2為可快速通斷的單向?qū)щ娖骷?，如二極管。

在本實施例中，所述市電輸入的火線L‐in與第二輸入切換開關(guān)K2電連，市電輸入的零線N‐in連接至第三橋臂的中點C。

在本實施例中，所述充電單元包括第一電感L1以及由第一開關(guān)器件Q1和第二開關(guān)器件Q2組成的第一橋臂，所述第一電感L1的輸入端與第一輸入切換開關(guān)K2連接，第一電感L1的輸出端連接至第一橋臂的中點A，所述第一橋臂并聯(lián)于BUS正母線和BUS負(fù)母線之間。

在本實施例中，所述儲能單元正輸出端與第一輸入切換開關(guān)K1電連，儲能單元的負(fù)輸出端與BUS負(fù)母線連接。所述儲能單元由若干蓄電池或干電池串聯(lián)構(gòu)成。

在本實施例中，所述負(fù)載的正輸入經(jīng)一第三電感L3連接至第四橋臂的中點D，負(fù)載的負(fù)輸入端連接至第三橋臂的中點C，負(fù)載的正輸入端和負(fù)輸入端之間還并聯(lián)有一第二電容C2，所述第二電容C2的輸入端與第三電感L3的輸入端連接。

本發(fā)明還提供一種根據(jù)上述所述的不間斷電源的控制方法，包括以下步驟：

步驟S1：通過第一電壓相位檢測單元實時檢測市電輸入電壓相位θ1，通過第二電壓相位檢測單元實時檢測輸入負(fù)載的電壓相位θ2，并將市電輸入電壓相位θ1和輸入負(fù)載的電壓相位θ2輸入至相差檢測單元；

步驟S2：通過相差檢測單元得到市電輸入電壓相位θ1和輸入負(fù)載的電壓相位θ2的相位差Δθ，其中Δθ＝|θ₁-θ₂|；

步驟S3：若步驟S2中Δθ＜90°，則通過控制單元控制第一輸入切換開關(guān)保持?jǐn)嚅_狀態(tài)，第二輸入切換開關(guān)保持導(dǎo)通狀態(tài)，三橋臂拓?fù)潆娐诽幱谑须娔孀児ぷ鳡顟B(tài)，即此時市電輸入連接至三橋臂拓?fù)潆娐?；?0°≤Δθ＜180°，則轉(zhuǎn)入步驟S4；

步驟S4：通過控制單元控制第二輸入切換開關(guān)和預(yù)防掉電單元處于斷開狀態(tài)，第一輸入切換開關(guān)處于導(dǎo)通狀態(tài)，三橋臂拓?fù)潆娐诽幱陔姵啬孀児ぷ鳡顟B(tài)，即此時三橋臂拓?fù)潆娐返妮斎胗墒须娸斎肭袚Q至儲能單元輸入。

在本實施例中，在所述步驟S4中，控制第一電感先處于儲能狀態(tài)，后處于續(xù)流狀態(tài)；當(dāng)?shù)谝浑姼刑幱趦δ軤顟B(tài)時，控制單元控制第一開關(guān)器件處于斷開狀態(tài)，第二開關(guān)器件處于導(dǎo)通狀態(tài)，儲能單元輸入電流依次經(jīng)過第一輸入切換開關(guān)、第一電感、第二開關(guān)器件形成的回路；當(dāng)?shù)谝浑姼刑幱诶m(xù)流狀態(tài)時，控制單元控制第一開關(guān)器件處于導(dǎo)通狀態(tài)，第二開關(guān)器件處于斷開狀態(tài)，儲能單元輸入電流依次經(jīng)過第一輸入切換開關(guān)、第一電感、第一開關(guān)器件、第一電容形成的回路。

在步驟S3和S4中，市電逆變工作狀態(tài)即為市電輸入供電的工作狀態(tài)，電池逆變工作狀態(tài)即為儲能單元供電的工作狀態(tài)，根據(jù)相位差Δθ的變化，實現(xiàn)儲能單元和市電輸入的切換，保證負(fù)載供電溫度，不掉電，可靠性高。

綜上所述，本發(fā)明提供的一種不間斷電源及其控制方法，可以實現(xiàn)儲能單元和市電輸入切換供電，通過檢測市電輸入和輸入至負(fù)載的電壓相位情況，從而保證負(fù)載的穩(wěn)定工作，可靠性高。