CN101789617A - 一种不间断电源及其母线控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种不间断电源，包括：输入电压采样模块，在市电模式下对输入电压进行采样得到输入电压采样值；输出电压采样模块，在电池模式下对输出电压进行采样得到输出电压采样值；正母线调节模块，在输入电压采样值为正或输出电压采样值为正时对正母线进行调节；负母线调节模块，在输入电压采样值为负或输出电压采样值为负时对负母线进行调节。本发明还涉及一种不间断电源的母线控制方法。本发明在电池模式下根据输出电压的正负分别对正负母线进行调节，期间只有上开关管或下开关管产生开关动作，可降低一半的开关损耗，提高系统效率，延长开关管的寿命，并且适用于任何负载。

Description

一种不间断电源及其母线控制方法

技术领域

本发明涉及不间断电源技术领域，更具体地说，涉及一种不间断电源及其母线控制方法。

背景技术

现有的不间断电源(UPS)的母线控制方法大多是采用电压、电流双环控制。图1为一个传统的单相UPS主电路拓扑示意图，其母线控制方案如图2所示，母线给定值V^* _bus与母线反馈值V_bus之差V_{bus_err}，经过调节器后得到电流环给定值I。电流环给定值I与电流相位条件sinθ相乘后得到电流参考值I^* _ref，I^* _ref与电流反馈值I_L之差I_err经过调节器后的输出作为PWM信号。

市电模式下正负母线通常根据输入电压的正负来分别进行调节，当输入电压为正时，调节正母线，输入电压为负时，调节负母线。但是，在电池模式下，由于输入为直流电压，所以正负母线通常是作为整体同时进行调节，这样正负母线可能不平衡，UPS在带交流负载时母线纹波会更大。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种不间断电源及其母线控制方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案之一是：构造一种不间断电源，其包括：

输入电压采样模块：在市电模式下对输入电压进行采样得到输入电压采样值；

输出电压采样模块：在电池模式下对输出电压进行采样得到输出电压采样值；

正母线调节模块：在输入电压采样值为正或输出电压采样值为正时对正母线进行调节；

负母线调节模块：在输入电压采样值为负或输出电压采样值为负时对负母线进行调节。

本发明所述的不间断电源，所述正母线调节模块在输入电压采样值为正或输出电压采样值为正时控制所述正母线调节模块中的上开关管进行PWM开关控制从而对正母线进行调节。

本发明所述的不间断电源，所述负母线调节模块在输入电压采样值为负或输出电压采样值为负时控制所述正母线调节模块中的下开关管进行PWM开关控制从而对负母线进行调节。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案之二是：构造一种不间断电源的母线控制方法，其包括下列步骤

在市电模式下对输入电压进行采样得到输入电压采样值；

在电池模式下对输出电压进行采样得到输出电压采样值；

在输入电压采样值为正或输出电压采样值为正时对正母线进行调节；

在输入电压采样值为负或输出电压采样值为负时对负母线进行调节。

本发明所述的方法，在输入电压采样值为正或输出电压采样值为正时控制位于电源中的上开关管进行PWM开关控制从而对正母线进行调节。

本发明所述的方法，在输入电压采样值为负或输出电压采样值为负时控制位于电源中的下开关管进行PWM开关控制从而对负母线进行调节。

实施本发明的不间断电源及其母线控制方法，具有以下有益效果：在电池模式下根据输出电压的正负分别对正负母线进行调节，期间只有上开关管或下开关管产生开关动作，可以降低一半的开关损耗，提高系统效率，延长开关管的寿命，并且降低了母线纹波。

进一步地，根据输出电压的正负分别对正负母线进行调节，使得本发明的不间断电源在带任何性质的负载时都可以保持很小的母线纹波。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是传统的单相UPS主电路拓扑示意图；

图2是图1的母线控制示意图；

图3是本发明的不间断电源的结构方框图；

图4A至4D是本发明的不间断电源的母线控制示意图；

图5是本发明的不间断电源的母线控制方法的流程图。

具体实施方式

如图3所示，本发明的不间断电源的结构方框图。本发明的不间断电源，采用电压电流双环控制，在市电模式下在输入电压的正负半波分别对正负母线进行调节，在电池模式下在输出电压的正负半波分别对正负母线进行调节。

本发明的不间断电源包括输入电压采样模块1、输出电压采样模块2、正母线调节模块3和负母线调节模块4。输入电压采样模块1用于在市电模式下对输入电压进行采样得到输入电压采样值；输出电压采样模块2用于在电池模式下对输出电压进行采样得到输出电压采样值；正母线调节模块3用于在输入电压采样值为正或输出电压采样值为正时对正母线进行调节；负母线调节模块4用于在输入电压采样值为负或输出电压采样值为负时对负母线进行调节。

其中，正母线调节模块3在输入电压采样值为正或输出电压采样值为正时控制正母线调节模块3中的上开关管进行PWM开关控制从而对正母线进行调节。

其中，负母线调节模块4在输入电压采样值为负或输出电压采样值为负时控制正母线调节模块3中的下开关管进行PWM开关控制从而对负母线进行调节。

当所述输出电压为正时，电源内的逆变侧从正母线抽能量从而对正母线进行调节，电源内的整流侧只对电源内的上开关管进行PWM开关控制；当所述负载波头为负时，电源内的逆变侧从负母线抽能量从而对负母线进行调节，电源内的整流侧只对电源内的下开关管进行PWM开关控制。

如图4A至4D所示，是本发明的不间断电源的母线控制示意图。具体控制方案如下所述：

(一)市电模式

输入电压采样模块对输入电压进行采样得到输入电压采样值，根据输入采样电压值的正负，有两种调节方式：

第一种：在输入电压采样值为正时，即在输入电压的正半波，结合图4A所示，首先求取正母线给定值(V^* _bus+)与正母线反馈值(V_bus+)之差(V_{bus_err+})；然后将所述正母线给定值与正母线反馈值之差(V_{bus_err+})经过第一调节器得到第一电流环给定值(I₊)，并将该第一电流环给定值(I₊)与电流相位条件sinθ相乘得到第一电流参考值(I_ref+)；接着求取该第一电流参考值(I_ref+)与电流反馈值(I_L)之差(I_err+)；接着该电流参考值与电流反馈值之差(I_err+)经过第二调节器后的输出第一PWM信号；最后依据该第一PWM信号控制上开关管导通或截止，在此过程中，电源内的逆变侧只从正母线抽取能量，而负母线没有被抽能量的压力，所以电源内的整流侧只对上开关管进行PWM控制。

第二种：在输入电压采样值为负时，即在输入电压的负半波，结合图4B所示，首先求取负母线给定值(V^* _bus-)与负母线反馈值(V_bus-)之差(V_{bus_err-})；然后将所述负母线给定值与负母线反馈值之差(V_{bus_err-})经过第一调节器得到第二电流环给定值(I_-)，并将该第二电流环给定值(I_-)与电流相位条件sinθ相乘得到第二电流参考值(I_ref-)；接着求取该第二电流参考值(I_ref-)与电流反馈值(I_L)之差(I_err-)；接着该电流参考值与电流反馈值之差(I_err-)经过第二调节器后的输出第二PWM信号；最后依据该第二PWM信号控制下开关管导通或截止，在此过程中，电源内的逆变只从负母线抽取能量，而正母线没有被抽能量的压力，所以电源内的整流侧只对下开关管进行PWM控制。

(二)电池模式

输出电压采样模块对输出电压进行采样得到输出电压采样值，根据输出采样电压值的正负，也有两种调节方式：

第一种：在输出电压采样值为正时，即在输出电压的正半波，结合图4C所示，首先求取正母线给定值(V^* _bus+)与正母线反馈值(V_bus+)之差(V_{bus_err+})；然后将所述正母线给定值与正母线反馈值之差(V_{bus_err+})经过第一调节器得到第一电流环给定值(I₊)，并将该第一电流环给定值(I₊)作为第一电流参考值(I_ref+)；接着求取该第一电流参考值(I_ref+)与电流反馈值(I_L)之差(I_err+)；接着该电流参考值与电流反馈值之差(I_err+)经过第二调节器后的输出第一PWM信号；最后依据该第一PWM信号控制上开关管导通或截止，在此过程中，电源内的逆变只从正母线抽取能量，而负母线没有被抽能量的压力，所以电源内的整流侧只对上开关管进行PWM控制。

第二种：在输出电压采样值为负时，即在输出电压的负半波，结合图4D所示，首先求取负母线给定值(V^* _bus-)与负母线反馈值(V_bus-)之差(V_{bus_err-})；然后将所述负母线给定值与负母线反馈值之差(V_{bus_err-})经过第一调节器得到第二电流环给定值(I_-)，并将该第二电流环给定值(I_-)作为第二电流参考值(I_ref-)；接着求取该第二电流参考值(I_ref-)与电流反馈值(I_L)之差(I_err-)；接着该电流参考值与电流反馈值之差(I_err-)经过第二调节器后的输出第二PWM信号；最后依据该第二PWM信号控制下开关管导通或截止，在此过程中，电源内的逆变只从负母线抽取能量，而正母线没有被抽能量的压力，所以电源内的整流侧只对下开关管进行PWM控制。

可见，在电池模式下，正负母线分别进行调节，这样正负母线将会保持平衡，保证正负母线都可控制在给定值，于是在带交流负载时母线纹波将会较小。

如图5所示，是本发明的不间断电源的母线控制方法的流程图。本发明的不间断电源的母线控制方法，包括下列步骤：

步骤S0：判断为市电模式还是电池模式；

在市电模式下：

步骤S1：对输入电压进行采样得到输入电压采样值；

步骤S2：在输入电压采样值为正时对正母线进行调节；

步骤S3：在输入电压采样值为负时对负母线进行调节。

在电池模式下：

步骤S1’：对输出电压进行采样得到输出电压采样值；

步骤S2’：在输出电压采样值为正时对正母线进行调节；

步骤S3’：在输出电压采样值为负时对负母线进行调节。

在步骤S2中，在输入电压采样值为正时控制位于电源内部的上开关管进行PWM开关控制从而对正母线进行调节；

在步骤S3中，在输入电压采样值为负时控制位于电源内部的下开关管进行PWM开关控制从而对负母线进行调节；

在步骤S2’中，在输出电压采样值为正时控制位于电源内部的上开关管进行PWM开关控制从而对正母线进行调节；

在步骤S3’中，在输出电压采样值为负时控制位于电源内部的下开关管进行PWM开关控制从而对负母线进行调节；

当所述输出电压为正时，电源内的逆变侧从正母线抽能量从而对正母线进行调节，电源内的整流侧只对上开关管进行PWM控制；当所述输出电压为负时，电源内的逆变从负母线抽能量从而对负母线进行调节，电源内的整流侧只对下开关管进行PWM控制。

在本发明中，所述输入电压(或输出电压)为正，即为输入电压(或输出电压)的幅值从第一数值上升到第二数值的这一区间为正；所述输入电压(或输出电压)为负，即为输入电压(或输出电压)的幅值从第一数值上升到第二数值的这一区间为负。实际上，所述输入电压(或输出电压)为正，也即输入电压(或输出电压)的幅值从第一数值上升到第二数值的半波为正半波；所述输入电压(或输出电压)为负，也即输出电流(电压)的幅值从第一数值上升到第二数值的半波为负半波。

例如，所述输入电压(或输出电压)也可以定义为输入电压(或输出电压)的幅值从10％上升到90％的这一区间，也可定义为输入电压(或输出电压)的幅值从20％上升到80％的这一区间或其它区间，总之，只要能正确反映输入电压(或输出电压)的实际变化趋向的任何区间均可。

在本发明中，第一调节器为比例积分调节器，能够获得较高的静态精度和较快的动态响应，产生上述第一电流环给定值(I₊)和第二电流环给定值(I_-)。第二调节器为脉冲调制器，产生上述第一PWM信号和第二PWM信号。

以上所述仅为本发明的实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则内所作的任何修改、等同替换或改进等，均应包含在本发明的保护范围内。

Claims (6)

1.一种不间断电源，其特征在于，包括：

输入电压采样模块：在市电模式下对输入电压进行采样得到输入电压采样值；

输出电压采样模块：在电池模式下对输出电压进行采样得到输出电压采样值；

正母线调节模块：在输入电压采样值为正或输出电压采样值为正时对正母线进行调节；

负母线调节模块：在输入电压采样值为负或输出电压采样值为负时对负母线进行调节。

2.根据权利要求1所述的不间断电源，其特征在于，所述正母线调节模块在输入电压采样值为正或输出电压采样值为正时控制所述正母线调节模块中的上开关管进行PWM开关控制从而对正母线进行调节。

3.根据权利要求2或3所述的不间断电源，其特征在于，所述负母线调节模块在输入电压采样值为负或输出电压采样值为负时控制所述正母线调节模块中的下开关管进行PWM开关控制从而对负母线进行调节。

4.一种不间断电源的母线控制方法，其特征在于，包括下列步骤：

在市电模式下对输入电压进行采样得到输入电压采样值；

在电池模式下对输出电压进行采样得到输出电压采样值；

在输入电压采样值为正或输出电压采样值为正时对正母线进行调节；

在输入电压采样值为负或输出电压采样值为负时对负母线进行调节。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，在输入电压采样值为正或输出电压采样值为正时控制位于电源中的上开关管进行PWM开关控制从而对正母线进行调节。

6.根据权利要求4或5所述的方法，其特征在于，在输入电压采样值为负或输出电压采样值为负时控制位于电源中的下开关管进行PWM开关控制从而对负母线进行调节。

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