CN102231604A - 一种整流器和不间断电源系统 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种整流器和不间断电源系统。本发明实施例采用由二极管和电阻串联而成的电路作为整流器中的软启动电路，以对整流电路的母线进行预加压，从而实现对整流电路中母线的软启动；该方案相对于现有技术中采用晶闸管进行软启动的技术方案而言，由于无需利用软件进行复杂的控制，所以实现较为简单，而且故障率较低，进一步的，由于二极管的成本较晶闸管的成本低很多，所以还可以降低成本。

Description

一种整流器和不间断电源系统

技术领域

本发明涉及电子技术领域，具体涉及一种整流器和不间断电源系统。

背景技术

整流器在启动的时候，需要限制启动浪涌电流的大小，以避免大电流冲击损坏器件，与此同时，该功能也可以减小给电网带来的负荷。在现有技术中，一般通过对母线进行软启动来实现上述功能，所谓的软启动，指的是电压由零慢慢提升到额定电压，使电路启动的全过程都不存在冲击转矩，而是平滑的启动运行的一个功能。在目前的不间断电源(UPS，Uninterruptible Power System)电源中，整流器一般是采用晶闸管来对母线进行软启动，参见图1，其中，S1-1、S1-2、S2-1、S2-2、S3-1和S3-2即为晶闸管，这些晶闸管分别连接在整流电路与市电之间，UPS系统主要利用软件通过控制晶闸管的驱动时刻来控制其导通角慢慢加大，以实现母线电压的软启动过程，从而限制启动浪涌电流的大小。

在对现有技术的研究和实践过程中，本发明的发明人发现，现有技术所采用的这种方案需要有软件进行复杂的控制，而且在UPS的应用中，市电与电池之间的来回切换产生的浪涌电流、尖峰电压等使得晶闸管成了一个重要故障点，而晶闸管本身的成本又相对较高，导致驱动电路的成本高居不下，也就是说，现有的方案不仅实现复杂，而且容易故障、成本高。

发明内容

本发明实施例提供一种整流器和不间断电源系统，不仅实现简单，故障率低，而且成本较低。

一种整流器，包括软启动电路和整流电路，其中，所述软启动电路由电阻和二极管串联而成，所述软启动电路与所述整流电路并联连接；

所述软启动电路，在整流器开启时被启动，用于对整流电路的母线上的电容进行充电，直至母线电压与输入电压的峰值的差小于等于预置阈值；

所述整流电路，在母线电压与输入电压的峰值的差小于等于预置阈值时被启动，用于接收输入的交流电并对所述交流电进行整流。

一种不间断电源系统，包括本发明实施例提供的任一种整流器。

本发明实施例采用由二极管和电阻串联而成的电路作为整流器中的软启动电路，以对整流电路的母线进行预加压，从而实现对整流电路的软启动，相对于现有技术中采用晶闸管进行软启动的技术方案而言，采用该方案无需利用软件进行复杂的控制，所以实现较为简单，故障率也较低，进一步的，由于二极管的成本较晶闸管的成本低很多，所以采用该方案还可以降低成本。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是现有技术的整流器的电路图；

图2是本发明实施例所提供的整流器的电路图；

图3是本发明实施例所提供的整流器的另一电路图；

图4是本发明实施例所提供的整流器的又一电路图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例提供一种整流器和不间断电源系统。以下分别进行详细说明。

一种整流器，包括软启动电路和整流电路，其中，软启动电路由二极管和电阻串联而成；该软启动电路与整流电路并联连接，在整流器开启时被启动，主要用于对整流电路的母线上的电容进行充电，直至母线电压与输入电压的峰值的差小于等于预置阈值，该过程可以称为对整流电路的母线进行软启动；而整流电路，则在母线电压与输入电压的峰值的差小于等于预置阈值时被启动，用于接收输入的交流电并对该交流电进行整流。

例如，具体可以如下：

整流器可以包括软启动电路和整流电路，其中，软启动电路包括二极管和电阻，该二极管和电阻串联连接后，一端接于市电的线路上，另一端接在整流电路中的母线上，以便对母线上的电容进行充电，从而实现对整流电路的软启动。其中，当母线电压接近输入电压(比如接近市电电压)的峰值时，则认为软启动完成。其中，所谓接近，指的是母线电压与输入电压的峰值之间的差值小于等于预置的阈值，其中，该阈值可以根据UPS系统的性能进行设定，比如，可以设置为20V，等等。

其中，整流电路具体可参见现有技术，而软启动电路中的二极管和电阻的具体取值由实际电路的需求而定，在此不再赘述。

例如，其中，软启动电路可以包括第一二极管、第二二极管、第一电阻和第二电阻，其中，第一二极管和第一电阻串联后，连接在整流电路的母线的正极，第二二极管和第二电阻串联后，连接在整流电路的母线的负极，以便对整流电路的母线上的电容进行充电，当母线上电压接近输入电压的峰值时，则软启动完成。具体连接如下：

(1)第一二极管和第一电阻串联后，连接在所述整流电路的母线的正极具体可以为：

第一二极管的正极连接在市电的线路上，第一二极管的负极与第一电阻的一端连接，第一电阻的另一端连接在整流电路的母线的正极上；或者，

第一电阻的一端连接在市电的线路上，第一电阻的另一端和第一二极管的正极连接，第一二极管的负极连接在整流电路的母线的正极上；

(2)第二二极管和第二电阻串联后，连接在所述整流电路的母线的负极具体可以为：

第二二极管的负极连接在市电的线路上，第二二极管的正极与第二电阻的一端连接，第二电阻的另一端连接在整流电路的母线的负极上；或者，

第二电阻的一端连接在市电的线路上，第二电阻的另一端和第二二极管的负极连接，第二二极管的正极连接在整流电路的母线的负极上。

当然，为了方便对软启动电路的启动进行控制，该软启动电路还可以包括第一开关；

第一开关，用于对该软启动电路的开启进行控制；例如，具体可以为：在整流器开启时被触发闭合，使得软启动电路开启，并在母线电压与输入电压的峰值的差小于等于预置阈值时断开，以触发启动整流电路。也就是说，当整流器开启时，第一开关被触发闭合，此时软启动电路启动，以对整流电路的母线上的电容进行充电，从而实现对整流电路的软启动；而当软启动完成时(即当电容上的电压与输入电压的峰值的差小于等于预置阈值时)，第一开关断开，触发启动整流电路，即此时软启动电路停止工作，而整流电路开始工作。

其中，第一二极管和第二二极管可以是相同型号的二极管，也可以是不同型号的二极管，第一电阻和第二电阻可以是相同型号的电阻，也可以是不同型号的电阻。二极管的功率和电阻的阻值可以根据实际应用的需求进行选择。第一开关具体可以是继电器或其他类型的开关。

另外，整流电路包括了第二开关，主要用于对整流电路的开启进行控制；例如，具体可以是：该第二开关在整流器开启时处于断开状态，在母线电压与输入电压的峰值的差小于等于预置阈值时被触发闭合，以启动整流电路。也就是说，在整流器开启但软启动尚未完成之前，该第二开关一直处于断开状态，当软启动完成后(即当电容上的电压与输入电压的峰值的差小于等于预置阈值时)，第二开关被触发闭合，从而启动整流电路。

其中，第一开关和第二开关的闭合和断开可以通过软件进行控制，例如，当UPS系统通电时，第一开关和第二开关均处于断开状态，此时，UPS系统利用软件控制第一开关闭合，启动软启动电路，以对母线进行软启动；此后，当UPS系统通过检测获知软启动完成时，则UPS系统通过软件发送信号以控制第一开关断开，然后再发送另一个信号以控制第二开关闭合，从而启动整流电路。

其中，第二开关具体可以是继电器，也可以是其他类型的开关。

需说明的是，以上仅仅以一个二极管串联一个电阻为例进行说明，应当理解的是，也可以由若干个二极管串联后，再与一个或若干个电阻串联，或者，也可以是由若干个电阻串联后，再与一个或若干个二极管串联，等等，以此类推，其实现方法与上述相同，在此不再赘述。

由上可知，本实施例采用由二极管和电阻串联而成的电路作为整流器中的软启动电路，以此来对整流电路的母线进行预加压，从而实现对整流电路的软启动，由于该方案无需利用软件进行复杂的控制，所以相对于现有技术中采用晶闸管进行软启动的技术方案而言，实现较为简单，故障率也较低。进一步的，由于二极管的成本较晶闸管的成本低很多，所以采用该方案还可以降低成本。

根据上面实施例所描述的整流器，以下将以三相UPS整流器为例作进一步详细说明。

如图2所示，该三相UPS整流器除了包括现有的整流电路之外，还可以包括软启动电路，软启动电路包括第一开关、第一二极管、第二二极管、第一电阻和第二电阻；其中，第一开关具体为继电器RLY1，第一二极管具体为二极管D1，第二二极管具体为二极管D2，第一电阻具体为电阻R1，第二电阻具体为电阻R2。其中，二极管D1和电阻R1串联后，连接在继电器RLY1和整流电路的母线的正极之间；二极管D2和电阻R2串联后，连接在继电器RLY1和整流电路的母线的负极之间，从而在继电器RLY1吸合之后，可以实现对整流电路的母线上的电容C1和C2的充电，其中，C1和C2串联连接。

该三相UPS整流器的软启动过程具体可以如下：

当该三相UPS整流器开始工作时，继电器RLY1吸合，市电的正向电流通过二极管D1和电阻R1，输送到电容C1的正极，而市电的负向电流则通过二极管D2和电阻R2，输送到电容C2的负极，从而对母线上电容C1和C2进行充电，使得母线上的电压软启动。

在软启动完成之后，继电器RLY1断开，整流电路的开关RLY2-1、LY2-2和RLY2-1吸合，给整流器供电，并给电池充电。

以下将以一款6KVA三相UPS的整流器为例进行说明。

其中，继电器RLY1的额定电流为10A，二极管D1和二极管D2的额定电流均为3A，额定电压均为1000V；电阻R1和电阻R2的阻值均为68ohms，额定功率为8W，而母线上的电容C1和电容C2的电容量为1000uf，继电器RLY2-1，继电器RLY2-2，继电器RLY2-3的额定电流均为20A，额定电压均为220VAC(即220V的交流电)。

其中，继电器RLY2-1，继电器RLY2-2，继电器RLY2-3为用于控制整流电路开启的开关。

根据上面各个器件的取值，该整流器的启动过程(启动过程包括软启动和整流电路的启动)具体可以如下：

整流器需要上电时，继电器RLY1吸合，市电以正常电压值Vin通过二极管D1，二极管D2，电阻R1，电阻R2对母线电容进行充电，当正负母线电压达到将近市电电压的峰值，即

时，软启动过程完成。

其中，软启动时间根据输入电压的大小而定，一般约为5S到10S。继电器RLY1刚吸合瞬间最大的冲击电流约为i＝Vbus/R1＝4.57A，继电器RLY1、电阻R1、电阻R2、二极管D1和二极管D2的耐冲击能力都能满足该要求。

软启动过程完成之后，系统控制继电器RLY1断开，控制继电器RLY2-1、继电器RLY2-2，和继电器RLY2-3吸合，由于此时母线电压将近市电电压的峰值，所以RLY2吸合时不会产生大电流冲击，因此不会对整流电路中的器件，比如电感L-1、电感L-2、电感L-3、电容C1、电容C2等产生冲击。RLY2吸合之后，整流电路开始工作，将母线电压提升到所需的电压值，至此，整流器启动完毕。

由上可知，由于继电器RLY2吸合的时候母线电压已经软启动完成，所以，开关RLY2-1、LY2-2和RLY2-1吸合时不会有大浪涌电流从整流电路中的器件中流过，不会对器件造成损害。此外，由于软启动的过程一般时间都很短，而且软启动完成之后，继电器RLY1将会断开，所以二极管D1、二极管D2、电阻R1和电阻R2上都不会有电流流过，而且，、由于二极管和电阻的短时耐电流能力和耐冲击能力都很强，所以这里的二极管D1和D2的额定电流可以取得相对较小，电阻R1和R2的功率也可以取得比较小，所以，采用二极管和小电阻串联来实现对整流电路的软启动不会影响整流器的整体体积也不需要散热，更不会对系统效率产生影响。

综上可见，相对于现有技术中采用晶闸管进行软启动的技术方案而言，采用该方案无需软件进行复杂的控制，实现较为简单，而且由于二极管的成本较晶闸管的成本低很多，所以可以降低成本。

可选的，在整流器中，除了可以包括一个软启动电路之外，还可以根据实际应用的需求，包括两个以上的软启动电路，即该整流器至少包括一个软启动电路。若存在两个以上的软启动电路的话，则这两个以上的软启动电路之间并联连接，比如，每一个软启动电路的一端分别连接在整流电路的相线上，另一端分别连接在整流电路的母线中，从而使得各个软启动电路之间呈并联关系，而且与整流电路也呈并联关系。

同样以三相UPS整流器为例，参见图3，在该整流器中，除了可以将软启动电路连接在A线上之外，还可以在B线上也连接一个软启动电路，或者，参见图4，还可以再进一步地在C线上也连接一个软启动电路，其中，A线、B线和C线为分别为该三相整流器与市电的三条连接线。其连接方式与前面的实施例相同，以图A、B和C线上均连接了软启动电路(即图4)为例，具体可以如下：

连接在A线上的软启动电路可以包括继电器RLY1-1、二极管D1、二极管D2、电阻R1和电阻R2，其中，二极管D1和电阻R1串联后，连接在继电器RLY1和整流电路的母线的正极之间；二极管D2和电阻R2串联后，连接在继电器RLY1和整流电路的母线的负极之间；

连接在B线上的软启动电路可以包括继电器RLY1-2、二极管D3、二极管D4、电阻R3和电阻R4，其中，二极管D3和电阻R3串联后，连接在继电器RLY1-1和整流电路的母线的正极之间；二极管D4和电阻R4串联后，连接在继电器RLY1-2和整流电路的母线的负极之间；

连接在C线上的软启动电路可以包括继电器RLY1-3、二极管D6、二极管D6、电阻R5和电阻R6，其中，二极管D5和电阻R5串联后，连接在继电器RLY1和整流电路的母线的正极之间；二极管D6和电阻R6串联后，连接在继电器RLY1-3和整流电路的母线的负极之间；

当继电器RLY1-1、和/或RLY1-2和/或RLY1-3吸合之后，可以实现对整流电路的母线上的电容C1和C2的充电，其中，C1和C2串联连接。

该三相UPS整流器的软启动过程具体可以如下：

当该三相UPS整流器开始工作时，继电器RLY1、RLY1-2和RLY1-3吸合，市电的正向电流由A线通过二极管D1和电阻R1输送到电容C1的正极、由B线通过二极管D3和电阻R3输送到电容C1的正极、以及由C线通过二极管D5和电阻R5输送到电容C1的正极，而市电的负向电流则由A线通过二极管D2和电阻R2输送到电容C2的负极、由B线通过二极管D4和电阻R4输送到电容C2的负极，以及由C线通过二极管D6和电阻R6输送到电容C2的负极，从而A、B和C线上的三个软启动电路一起对母线上电容C1和C2进行充电，使得母线上的电压软启动。

在软启动完成之后，继电器RLY1、RLY1-2和RLY1-3断开，整流电路的开关RLY2-1、LY2-2和RLY2-1吸合，给整流器供电，并给电池充电。

需说明的是，只在A线和B线上连接软启动电路(如图3所示)的应用场景的实现方式与上述类似，在此不再赘述。另外，除了可以只在A线上连接软启动电路之外，还可以只在B线或C线上连接软启动电路，或者，也可以在A线和C线上、或在B线和C线上进行连接，等等，与此类推。

此外，还需说明的是，本发明实施例所提供的整流器并不只限于本发明实施例所提供的电路图。

采用多个软启动电路的整流器同样可以实现前面实施例的有益效果，而且，启动速度较只有一个软启动电路的快，但是成本略比只有一个软启动电路的高，因此，可以根据实施应用的需求选择适用的方案。

相应地，本发明实施例还提供一种UPS系统，该UPS系统可以包括本发明实施例提供的任一种整流器，该整流器的具体说明可参见前面实施例，在此不再赘述。

此外，该UPS系统还可以包括逆变器、充电器和电池；

整流器，用于将接收到的交流电(即市电)转换为直流电，并输送给逆变器和充电器；其中，该整流器的结构具体可参见前面实施例，在此不再赘述。

逆变器，用于将整流器输出的直流电转变为交流电；

充电器，用于接收整流器输出的直流电，并提供给电池；

电池，用于存储充电器输出的直流电。

其中，逆变器、充电器和电池的具体实现可参见现有技术，在此不再赘述。

由上可知，由于本发明实施例的UPS系统中的整流器采用了由二极管和电阻串联而成的电路作为整流器中的软启动电路，所以相对于现有技术中采用晶闸管进行软启动的技术方案而言，可以不需要利用软件进行复杂的控制，实现较为简单，故障率也较低，而且，由于二极管的成本较晶闸管的成本低很多，所以采用该方案还可以降低成本。

以上对本发明实施例所提供的一种整流器和不间断电源系统进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (7)

1.一种整流器，其特征在于，包括软启动电路和整流电路，其中，所述软启动电路由电阻和二极管串联而成，所述软启动电路与所述整流电路并联连接；

所述软启动电路，在整流器开启时被启动，用于对整流电路母线上的电容进行充电，直至母线电压与输入电压的峰值的差小于等于预置阈值；

所述整流电路，在母线电压与输入电压的峰值的差小于等于预置阈值时被启动，用于接收输入的交流电并对所述交流电进行整流。

2.根据权利要求1所述的整流器，其特征在于，所述软启动电路包括第一二极管、第二二极管、第一电阻和第二电阻；

所述第一二极管的正极连接在市电的线路上，第一二极管的负极与第一电阻的一端连接，所述第一电阻的另一端连接在所述整流电路的母线的正极上；或者，所述第一电阻的一端连接在市电的线路上，第一电阻的另一端和第一二极管的正极连接，所述第一二极管的负极连接在所述整流电路的母线的正极上；

所述第二二极管的负极连接在市电的线路上，第二二极管的正极与第二电阻的一端连接，所述第二电阻的另一端连接在所述整流电路的母线的负极上；或者，所述第二电阻的一端连接在市电的线路上，第二电阻的另一端和第二二极管的负极连接，所述第二二极管的正极连接在所述整流电路的母线的负极上。

3.根据权利要求1所述的整流器，其特征在于，所述软启动电路还包括第一开关；

所述第一开关，在整流器开启时被触发闭合，使得软启动电路开启，并在母线电压与输入电压的峰值的差小于等于预置阈值时断开，以触发启动整流电路。

4.根据权利要求3所述的整流器，其特征在于，

所述第一开关为继电器。

5.根据权利要求3所述的整流器，其特征在于，所述整流电路包括第二开关；

所述第二开关，在整流器开启时处于断开状态，在母线电压与输入电压的峰值的差小于等于预置阈值时被触发闭合，以启动整流电路。

6.根据权利要求5所述的整流器，其特征在于，

所述第二开关为继电器。

7.一种不间断电源系统，其特征在于，包括权利要求1至6所述的任一种整流器。

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