CN101521391A - 脱机式不间断电源装置 - Google Patents

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Abstract

本发明的脱机式不间断电源装置，包括一用来在市电停时提供直流电压的直流电源，一用来对直流电源充电的充电装置，一耦合于负载端的交流输出，一直流/直流转换装置，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

脱机式不间断电源装置
技术领域
本发明涉及一种不间断电源装置，尤指一种改进的脱机式不间断电源装置。
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。图3为一种简单的脱机式不间断电源装置，当市电正常时仅将市电通过滤波器44直接经过继电器45连到输出端，供连接在UPS输出端的负载使用；当市电不正常时(电压过高或过低等)，UPS将其内部的电池41，先经过直流/直流转换装置42(DC/DC converter)转换成高的直流电压，再利用直流/交流转换装置43将此高的直流电压转换成交流电压再经过继电器45切换输出。但是图3所示的脱机式不间断电源装置，输出的交流电压是一种方波形式，此种方波输出对于电感性负载(如变压器，马达)，将会造成负载容易损坏，因此要产生正弦波交流电压输出，要在图3的直流/交流转换装置43中使用正弦波脉宽调变技术，这样就会降低转换效率，损耗太多功率转换。
发明内容
本发明的一个目的在于提供一种改进的脱机式不间断电源装置，通过直流/直流转换装置，将直流电源输出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，本发明的脱机式不间断电源装置包括：
一直流电源，用来在市电停电时提供直流电压；
一充电装置，耦合于直流电源的两端，用来对直流电源进行充电；
一直流/直流转换装置，其输入端耦合于所述直流电源的输出端，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，该直流/交流转换装置包括四个由处理器控制的功率开关(41、42、43、44)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。
由于采用了上述技术方案，本发明的脱机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一次电力转换，减少了转换功率损耗，提高整机运行效率。
本发明的另一个目的在于提供一种改进的脱机式不间断电源，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储能电路，该储能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储能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，该脱机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，可将多余能量通过直流/直流转换装置中的储能电路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脱机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脱机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3是公知的脱机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脱机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脱机式不间断电源装置包括：
一电池装置1，用来在市电停电时提供直流电压；
一充电装置2，耦合于电池装置1的两端，用来对电池装置1进行充电；
一直流/直流转换装置3，其输入端耦合于电池装置1的输出端；
一直流/交流转换装置4，其输入端耦合于直流/直流转换装置3的输出端；
一继电器5，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6，耦合于该脱机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3和直流/交流转换装置4及继电器5。
更为具体地，该直流/直流转换装置3包括一升压变压器，由初级端绕组31、32与第一功率开关33、第二功率开关34组成推挽式电路初级端，其导通占空比小于50％，由次级端绕组35、36与第三功率开关37、第四功率开关38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4工作时产生产生多余能量时，第三功率开关37、第四功率开关38导通将能量送回降压变压器次级端绕组39经二极管301，滤波电容302，将能量储存到电池装置1。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33、第二功率开关34各导通一半再经过升压变压器次级端绕组35、36相加输出合成SPWM信号，如果不考虑转换效率，为降低成本可以用二极管取代第三功率开关37、第四功率开关38。可以设定第一功率开关33与第三功率开关37同步导通，第二功率开关34与第四功率开关38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4，包括四个功率开关41、42、43、44，以及由一电感45与一电容46组成用来进行滤波的低通滤波器。利用处理器控制功率开关41、42、43、44的导通与关断，功率开关41、42导通产生正半周的SPWM电压波形，功率开关43、44导通产生负半周的SPWM电压波形，将从直流/直流转换装置3输出的正弦波脉宽直流电压经四个功率开关41、42、43、44输出为正弦波脉宽交流电压。
本发明的脱机式不间断电源(UPS)，不受市电电源质量的影响。当市电正常时，该脱机式不间断电源装置不工作，市电直接输出供客户端设备使用；当市电停电或电压异常时，经继电器5切换到该脱机式不间断电源供电，由电池装置1提供能量继续提供纯净的交流电源。
市电停电或电压异常时，由处理器控制继电器5切换到该脱机式不间断电源供电。电池装置1输出直流电压(如图2所示的参考波形81)，提供给直流/直流变换器3的升压变压器初级端绕组31、32，由处理器控制第一功率开关33、第二功率开关34交替导通产生高频率脉波电压(如图2所示的参考波形82、83)，为避免变压器饱合，限制升压变压器初级端绕组31、32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35、36，将波形相加合成真正的正弦波脉宽高频直流电压(如图2所示的参考波形84)(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33、第二功率开关34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4产生低频(50Hz/60Hz)正弦波交流电压，功率开关41、42导通时产生正半周(如图2所示的参考波形4142)，功率开关43、44导通时产生负半周(如图2所示的参考波形4344)，直流/交流转换装置4将从直流/直流转换装置3输出的正弦波脉宽高频直流电压经四个功率开关41、42、43、44输出为正弦波脉宽交流电压(如图2所示的参考波形85)，然后经过电感器45与电容器46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86)，再经过继电器5输出，经滤波装置6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 (9)

1、一种脱机式不间断电源装置，包括：
一直流电源(1)，用来在市电停电时提供直流电压；
一充电装置(2)，耦合于所述直流电源(1)的两端，用来对所述直流电源(1)进行充电；
一直流/直流转换装置(3)，其输入端耦合于所述直流电源(1)的输出端；
一直流/交流转换装置(4)，其输入端耦合于所述直流/直流转换装置(3)的输出端，输出端耦合于所述交流输出；
一开关装置(5)，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；
其特征在于：所述直流/直流转换装置(3)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(31、32)，以及分别耦合于该初级端的两个绕组(31、32)的第一和第二功率开关(33、34)，该次级端包括两个绕组(35、36)，以及分别耦合于该次级端的两个绕组(35、36)的第三和第四功率开关(37、38)；
所述直流/直流转换装置(3)由所述处理器控制其第一功率开关(33)与第三功率开关(37)交替导通与关断、第二功率开关(34)与第四四功率开关(38)交替导通与关断，将输入的直流电压转换为正弦波脉宽直流电压。
2、根据权利要求1所述的脱机式不间断电源装置，其特征在于：所述直流/直流转换装置(3)还包括一储能电路，该储能电路包括一降压变压器、一电容(302)和一二极管(301)；
所述直流/直流转换装置(3)通过所述储能电路将负载侧或者直流/交流转换装置(4)产生的多余能量送回直流电源(1)储能。
3、根据权利要求2所述的脱机式不间断电源装置，其特征在于：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(39)。
4、根据权利要求1-3任一所述的脱机式不间断电源装置，其特征在于：所述直流/交流转换装置(4)包括四个由处理器控制的功率开关(41、42、43、44)和一低通滤波器，由直流/直流转换装置(3)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(4)输出正弦波脉宽交流电压，再进行滤波后输出。
5、根据权利要求4所述的脱机式不间断电源装置，其特征在于：所述的低通滤波器包括一电感(45)与一电容(46)。
6、根据权利要求1-3任一项所述的脱机式不间断电源装置，其特征在于：还包括一滤波装置(6)，耦合于交流输出端，用来对该脱机式不间断电源输出的电压进行滤波。
7、根据权利要求1-3任一项所述的脱机式不间断电源装置，其特征在于：所述升压变压器初级端的第一功率开关(33)与所述升压变压器次级端的第三功率开关(37)同步导通或者关断，所述升压变压器初级端的第二功率开关(34)与所述升压变压器次级端的第四功率开关(38)同步导通或者关断。
8、根据权利要求7所述的脱机式不间断电源装置，其特征在于：所述升压变压器的第一、二、三、四功率开关(33、34、37、38)的导通占空比小于50％。
9、根据权利要求1-3任一项所述的脱机式不间断电源装置，其特征在于：与所述升压变压器次级端的两个绕组(35、36)分别耦合的第三和第四功率开关(37、38)可用二极管代替。
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