CN102694413B - 一种不间断电源ups电路及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种不间断电源UPS电路及其控制方法，属于电子与通信领域。本发明在现有的UPS电路上增加了第一充电模块和第二充电模块，第一充电模块和第二充电模块通过复用原有UPS电路中的电感为UPS电路中的双电池进行充电，相对于现有的UPS充电电路可以节省两个电感，减小UPS的体积。

Description

一种不间断电源UPS电路及其控制方法

技术领域

本发明涉及电子与通信领域，特别涉及一种不间断电源UPS电路及其控制方法。

背景技术

UPS（Uninterruptible power supply，不间断电源），是一种含有储能装置，主要用于给单台计算机、计算机网络系统或其它电力电子设备提供不间断的电力供应。当市电输入正常时，UPS将市电稳压后供应给负载使用，此时的UPS就是一台交流市电稳压器，同时它还向机内电池充电；当市电中断（事故停电）时，UPS立即启动机内电池，并将电池提供的电能进行升压后给设备进行暂时性的供电。

如图1所示的电路为现有的UPS电路，为了解决共电池的问题和增加备电时间，采用双电池拓扑结构，包括第一电池BAT+和第二电池BAT-。图1所示的UPS电路包括两部分：交流输入模块、Boost升压模块、第三晶闸管Q3和第六晶闸管Q6。

其中，交流输入模块由第一晶闸管Q1和第二晶闸管Q2组成，交流电通过第一晶闸管Q1和第二晶闸管Q2转变为直流电在母线的两个输入端输出。

Boost升压模块，包括正Boost升压模块和负Boost升压模块，其中，正Boost升压模块包括第一电感L1、第四开关管Q4、和第一二极管D1和第一电容C1，当第四开关管Q4在控制芯片的控制下开通时，第一电感L1储能，当第四开关管Q4关断时，第一电感L1释放电能，第一电容C1两端的电压增高，并由正母线的输出端输出增高后的电压；负Boost升压模块包括第二电感L2、第五开关管Q5、第二二极管D2和第二电容C2，其升压原理与正Boost升压模块相同。

为了给UPS中的双电池进行充电，现有技术中采用在原有电路上增加两个电感、两个开关管和两个二极管实现双BUCK降压电路，当工作在市电供电时，通过控制开关管通断为电池充电。

在实现本发明的过程中，发明人发现现有技术至少存在以下问题：

为了实现双电池充电，需额外增加两个电感、两个二极管、两个开关管及其驱动电路，导致UPS体积较大。

发明内容

为了解决现有的UPS充电电路使用元器件过多，导致UPS体积较大的问题，本发明实施例提供了一种UPS电路及其控制方法。所述技术方案如下：

一种不间断电源UPS电路，所述UPS电路包括：交流输入模块、正Boost升压模块、负Boost升压模块、第一电池、第二电池、第三晶闸管、第六晶闸管、第一充电模块和第二充电模块；

其中，所述交流输入模块用于将输入的市电转变为直流电，所述第三晶闸管用于使输入在所述交流输入模块和第一电池之间切换，所述第六晶闸管用于使输入在所述交流输入模块和所述第二电池之间切换，所述正Boost升压模块、所述负Boost升压模块用于对输入的电压进行升压，所述第一充电模块用于使用所述正Boost升压模块输出的电压对第一电池充电，所述第二充电模块用于使用所述负Boost升压模块输出的电压对第二电池充电；

所述第一充电模块包括第三二极管、第七开关管、第八晶闸管，所述第三二极管的阴极与所述正Boost升压模块中的第一电感的一端连接，所述第三二极管的阳极与所述第一电池的负极连接，所述第七开关管的集电极与所述正Boost升压模块中的第一电容的一端连接，所述第七开关管的发射极与所述第一电感的一端、并与所述第三二极管的阴极连接，所述第八晶闸管的阳极与所述第一电感的另一端连接，所述第八晶闸管的阴极与所述第一电池的正极连接；

所述第二充电模块包括第四二极管、第十开关管、第九晶闸管，所述第四二极管的阳极与所述负Boost升压模块中的第二电感的一端连接，所述第四二极管的阴极与所述第二电池的正极连接，所述第十开关管的发射极与所述负Boost升压模块中的第二电容的一端连接，所述第十开关管的集电极与所述第二电感的一端连接，所述第九晶闸管的阴极与所述第二电感的另一端连接，所述第九晶闸管的阳极与所述第二电池的负极连接。

一种对如上所述的UPS电路的控制方法，其特征在于，所述方法包括：

当在市电正半周时，通过控制所述第十开关管、所述第九晶闸管和所述负Boost升压模块中的第五开关管的开通和关断为所述第二电池充电；

当在市电负半周时，通过控制所述第七开关管、所述第八晶闸管和所述正Boost升压模块中的第四开关管的开通和关断为所述第一电池充电。

本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：通过在现有的UPS电路上增加了第一充电模块和第二充电模块，第一充电模块和第二充电模块通过复用原有UPS电路中的电感为UPS电路中的双电池进行充电，相对于现有的UPS充电电路可以节省两个电感，减小UPS的体积。

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，对于本领域普通技术人员来讲，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是本发明背景技术中提供的现有的UPS电路的示意图；

图2是本发明实施例中提供的UPS电路的示意图；

图3是本发明实施例中提供的UPS电路中的第二电感L2的储能回路的示意图；

图4是本发明实施例中提供的UPS电路中的第二电感L2的电流续流回路的示意图；

图5是本发明实施例中提供的UPS电路中的第一电感L1的储能回路的示意图；

图6是本发明实施例中提供的UPS电路中的第一电感L1的电流续流回路的示意图；

图7是本发明实施例中提供的UPS电路中的另一种第二电感L2的储能回路的示意图；

图8是本发明实施例中提供的UPS电路中的另一种第二电感L2的电流续流回路的示意图；

图9是本发明实施例中提供的UPS电路中的另一种第一电感L1的储能回路的示意图；

图10是本发明实施例中提供的UPS电路中的另一种第一电感L1的电流续流回路的示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。

为了解决现有的UPS电路的体积过大问题，如图2所示，本实施例提供了一种UPS电路，该UPS电路包括：交流输入模块、正Boost升压模块、负Boost升压模块、第一电池BAT+、第二电池BAT-、第三晶闸管Q3、第六晶闸管Q6、第一充电模块和第二充电模块；

其中，交流输入模块用于将输入的市电转变为直流电，在该UPS电路的母线的两个输出端输出，第三晶闸管Q3用于使输入在交流输入模块和第一电池BAT+之间切换，第六晶闸管Q6用于使输入在交流输入模块和第二电池之间BAT-切换，正Boost升压模块、负Boost升压模块用于对输入的电压进行升压，第一充电模块用于使用正Boost升压模块输出的电压对第一电池BAT+充电，第二充电模块用于使用负Boost升压模块输出的电压对第二电池BAT-充电；

其中，第一充电模块包括第三二极管D3、第七开关管Q7和第八晶闸管Q8，第三二极管D3的阴极与第一电感L1的一端连接，第三二极管D3的阳极与第一电池BAT+的负极连接，第七开关管Q7的集电极与正Boost升压模块中的第一电容C1的一端连接，第七开关管Q7的发射极与正Boost升压模块中的第一电感L1的一端、并与第三二极管D3的阴极连接，第八晶闸管Q8的阳极与第一电感L1的另一端连接，第八晶闸管Q8的阴极与第一电池BAT+的正极连接；

第二充电模块包括第四二极管D4、第十开关管Q10和第九晶闸管Q9，第四二极管D4的阳极与第二电感L2的一端连接，第四二极管D4的阴极与第二电池BAT-的正极连接，第十开关管Q10的发射极与负Boost升压电路中的第二电容C2的一端连接，第十开关管Q10的集电极与负Boost升压模块中的第二电感L2的一端连接，第九晶闸管Q9的阴极与第二电感L2的另一端连接，第九晶闸管Q9的阳极与第二电池BAT-的负极连接；

进一步地，开关管具体为IGBT（Insulated Gate Bipolar Transistor，绝缘栅双极型晶体管）、电力场效应管。

需要说明的是，本实施例所提供的UPS电路为在现有的UPS电路上增加了第一充电模块和第二充电模块，其中，交流输入模块、第三晶闸管Q3、第六晶闸管Q6、正Boost升压模块、负Boost升压模块均为现有的UPS电路中的现有部分，未做改动。

其中，交流输入模块包括第一晶闸管Q1和第二晶闸管Q2，第一晶闸管Q1的阳极与交流电源AC的输入端相连，第二晶闸管Q2的阴极与交流电源AC的输入端相连；

正Boost升压模块包括第一电感L1、第一二极管D1、第一电容C1、第四开关管Q4，第三晶闸管Q3的阳极与第一电池BAT+的正极连接，第三晶闸管Q3的阴极与第一电感L1的一端连接，第一电感L1的另一端分别与第四开关管的Q4的集电极、第一二极管D1的阳极连接，第一二极管D1的阴极与正母线的输出端连接，第四开关管Q4的发射极与第一电池BAT+的负极连接，第一电容C1的一端与正母线的输出端连接，第一电容C1的另一端与第一电池BAT+的负极连接。

第四开关管Q4的栅极与控制芯片连接，使得第四开关管Q4可以在电路驱动的控制下开通或关断，当第四开关管Q4在电路驱动的控制下开通时，第一电感L1储能，当第四开关管Q4关断时，第一电感L1释放电能，第一电容C1两端的电压增高，并由正母线的输出端输出增高后的电压。

负Boost升压模块包括第二电感L2、第二二极管D2、第二电容C2、第五开关管Q5，第六晶闸管Q6的阴极与第二电池BAT-的负极连接，第六晶闸管Q6的阳极与第二电感L2的一端连接，第二电感L2的另一端分别与第五开关管的Q5的发射极、第二二极管D2的阴极连接，第二二极管D2的阳极与负母线的输出端连接，第五开关管Q5的集电极与第二电池BAT-的正极连接，第二电容C2的一端与负母线的输出端连接，第二电容C2的另一端与第二电池BAT-的正极连接。

第五开关管Q5的栅极与控制芯片连接，使得第五开关管Q5可以在电路驱动的控制下开通或关断，当第五开关管Q5在电路驱动的控制下开通时，第二电感L2储能，当第五开关管Q5关断时，第二电感L2释放电能，第二电容C2两端的电压增高，并由负母线的输出端输出增高后的电压。

基于上述图2提供的UPS电路，本实施例提供了对UPS电路进行控制的方法，以完成对第一电池BAT+和第二电池BAT-的充电，包括：

当在市电正半周时，通过控制第十开关管Q10、第九晶闸管Q9和负Boost升压模块中的第五开关管Q5的开通和关断为第二电池BAT-充电；

当在市电负半周时，通过控制第七开关管Q7、第八晶闸管Q8和正Boost升压模块中的第四开关管Q4的开通和关断为第一电池BAT+充电。

对于上述控制方法，具体的存在两种控制方式，具体如下所述：

方式一：

在市电正半周时：

市电通过正Boost升压模块为第一电容C1充电。

使第十开关管Q10开通、第九晶闸管Q9开通、第五开关管Q5关断时，如图3中虚线所示，形成第二电感L2的储能回路，第二电容C2储存的电能通过第二电容C2、第二电池BAT-、第九晶闸管Q9、第二电感L2、第十开关管Q10形成的降压电路为第二电池BAT-充电。

使第十开关管Q10关断、第九晶闸管Q9开通、第五开关管Q5关断时，如图4中虚线所示，形成第二电感L2的电流续流回路，第二电感L2通过第二电感L2、第四二极管D4、第二电池BAT-和第九晶闸管Q9形成的BUCK降压电路释放电能，为第二电池BAT-充电。

在市电负半周时：

市电通过负Boost升压模块为第二电容C2充电；

使第七开关管Q7开通、第八晶闸管Q8开通、第四开关管Q4关断时，如图5中虚线所示，形成第一电感L1的储能回路，第一电容C1储存的电能通过第一电容C1、第七开关管Q7、第八晶闸管Q8和第一电池BAT+形成的降压电路为第一电池BAT+充电。

使第七开关管Q7关断、第八晶闸管Q8开通、第四开关管Q4关断时，如图6中虚线所示，形成第一电感L1的电流续流回路，第一电感L1通过第一电感L1、第八晶闸管Q8、第一电池BAT+和第三二极管D3形成的降压电路释放电能，为第一电池BAT+充电。

其中，如图5中虚线所示的降压电路和如图6中虚线所示的降压电路构成了BUCK降压电路。

方式二：

在市电正半周时：

市电通过正Boost升压模块为第一电容C1充电。

使第五开关管Q5开通、第十开关管Q10开通、第九晶闸管Q9关断时，如图7中虚线所示，形成第二电感L2的储能回路，第二电容C2通过第二电容C2、第五开关管Q5、第二电感L2和第十开关管Q10形成的降压电路释放电能，使第二电感L2储存电能；

使第五开关管Q5关断、第十开关管Q10关断、第九晶闸管Q9开通时，如图8中虚线所示，形成第二电感L2的电流的续流回路，第二电感L2通过第二电感L2、第四二极管D4、第二电池BAT-、第九晶闸管Q9形成的BUCK-BOOST升压电路释放电能，为第二电池BAT-充电。

在市电负半周时：

市电通过负Boost升压模块为第二电容C2充电；

使第四开关管Q4开通、第七开关管Q7开通、第八晶闸管Q8关断时，如图9中虚线所示，形成第一电感L1的储能回路，第一电容C1通过第一电容C1、第七开关管Q7、第一电感L1和第四开关管Q4形成的降压电路释放电能，使第一电感L1储存电能；

使第四开关管Q4关断、第七开关管Q7关断、第八晶闸管Q8开通时，如图10中虚线所示，形成第一电感L1的电流的续流回路，第一电感L1通过第一电感L1、第八晶闸管Q8、第一电池BAT+和第三二极管D3形成的升压电路释放电能，为第一电池BAT+充电。

需要说明的是，上述开关管可以通过驱动电路和控制芯片进行控制，得到开通或关断状态，晶闸管的开通也可由驱动电路和控制芯片进行控制。

本实施例所提供的UPS电路，通过在现有的UPS电路上增加了第一充电模块和第二充电模块，第一充电模块和第二充电模块通过复用原有UPS电路中的电感为UPS电路中的双电池进行充电，相对于现有的UPS充电电路可以节省两个电感，减小UPS的体积。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分步骤可以通过硬件来完成，也可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种不间断电源UPS电路，其特征在于，所述UPS电路包括：交流输入模块、正Boost升压模块、负Boost升压模块、第一电池、第三晶闸管、第六晶闸管、第二电池、第一充电模块和第二充电模块；

其中，所述交流输入模块用于将输入的市电转变为直流电，所述第三晶闸管用于使输入在所述交流输入模块和第一电池之间切换，所述第六晶闸管用于使输入在所述交流输入模块和所述第二电池之间切换，所述正Boost升压模块、所述负Boost升压模块用于对输入的电压进行升压，所述第一充电模块用于使用所述正Boost升压模块输出的电压对第一电池充电，所述第二充电模块用于使用所述负Boost升压模块输出的电压对第二电池充电；

所述交流输入模块包括第一晶闸管和第二晶闸管，所述第一晶闸管的阳极与交流电源的输入端相连，所述第二晶闸管的阴极与所述交流电源的输入端相连；

所述正Boost升压模块包括第一电感、第一二极管、第一电容、第四开关管，所述第三晶闸管的阳极与所述第一电池的正极连接，所述第三晶闸管的阴极与所述第一电感的一端连接，所述第一电感的另一端分别与所述第四开关管的集电极、所述第一二极管的阳极连接，所述第一二极管的阴极与正母线的输出端连接，所述第四开关管的发射极与所述第一电池的负极连接，所述第一电容的一端与所述正母线的输出端连接，所述第一电容的另一端与所述第一电池的负极连接；

所述第四开关管的栅极与控制芯片连接，所述控制芯片用于控制所述第四开关管的开通或关断，当所述第四开关管开通时，所述第一电感储能，当所述第四开关管关断时，所述第一电感释放电能，所述第一电容两端的电压增高，并由所述正母线的输出端输出增高后的电压；

所述负Boost升压模块包括第二电感、第二二极管、第二电容、第五开关管，所述第六晶闸管的阴极与所述第二电池的负极连接，所述第六晶闸管的阳极与所述第二电感的一端连接，所述第二电感的另一端分别与所述第五开关管的发射极、所述第二二极管的阴极连接，所述第二二极管的阳极与负母线的输出端连接，所述第五开关管的集电极与所述第二电池的正极连接，所述第二电容的一端与所述负母线的输出端连接，所述第二电容的另一端与所述第二电池的正极连接；

所述第五开关管的栅极与所述控制芯片连接，所述控制芯片还用于控制所述第五开关管的开通或关断，当所述第五开关管开通时，所述第二电感储能，当所述第五开关管关断时，所述第二电感释放电能，所述第二电容两端的电压增高，并由所述负母线的输出端输出增高后的电压；

所述第一充电模块包括第三二极管、第七开关管、第八晶闸管，所述第三二极管的阴极与所述正Boost升压模块中的所述第一电感的一端连接，所述第三二极管的阳极与所述第一电池的负极连接，所述第七开关管的集电极与所述正Boost升压模块中的所述第一电容的一端连接，所述第七开关管的发射极与所述第一电感的一端、并与所述第三二极管的阴极连接，所述第八晶闸管的阳极与所述第一电感的另一端连接，所述第八晶闸管的阴极与所述第一电池的正极连接；

所述第二充电模块包括第四二极管、第十开关管、第九晶闸管，所述第四二极管的阳极与所述负Boost升压模块中的所述第二电感的一端连接，所述第四二极管的阴极与所述第二电池的正极连接，所述第十开关管的发射极与所述负Boost升压模块中的所述第二电容的一端连接，所述第十开关管的集电极与所述第二电感的一端连接，所述第九晶闸管的阴极与所述第二电感的另一端连接，所述第九晶闸管的阳极与所述第二电池的负极连接。

2.根据权利要求1所述的UPS电路，其特征在于，所述开关管包括绝缘栅双极型晶体管、电力场效应管。

3.一种对权利要求1所述的UPS电路的控制方法，其特征在于，所述方法包括：

当在市电正半周时，通过控制所述第十开关管、所述第九晶闸管和所述负Boost升压模块中的第五开关管的开通和关断为所述第二电池充电；

当在市电负半周时，通过控制所述第七开关管、所述第八晶闸管和所述正Boost升压模块中的第四开关管的开通和关断为所述第一电池充电。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，当在市电负半周时，所述方法还包括：

市电通过所述负Boost升压模块为所述第二电容充电。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述当在市电正半周时，通过控制所述第十开关管、所述第九晶闸管和所述负Boost升压模块中的第五开关管的开通和关断为所述第二电池充电，具体包括：

当在市电正半周时，使所述第十开关管开通、第九晶闸管开通、所述第五开关管关断时，所述第二电容储存的电能通过所述第二电容、所述第二电池、所述第九晶闸管、所述第二电感、所述第十开关管形成的降压电路为所述第二电池充电，所述第二电感通过所述第二电容、所述第二电池、所述第九晶闸管、所述第二电感、所述第十开关管形成的回路储能；

使所述第十开关管关断、所述第五开关管关断，所述第二电感通过所述第二电感、所述第四二极管、所述第二电池和所述第九晶闸管形成的降压电路释放电能，为所述第二电池充电。

6.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，当在市电正半周时，所述方法还包括：

市电通过所述正Boost升压模块为所述第一电容充电。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述当在市电负半周时，通过控制所述第七开关管、所述第八晶闸管和所述正Boost升压模块中的第四开关管的开通和关断为所述第一电池充电，具体包括：

当在市电负半周时，使所述第七开关管开通、第八晶闸管开通、所述第四开关管关断，所述第一电容储存的电能通过所述第一电容、所述第七开关管、所述第八晶闸管和所述第一电池形成的降压电路为所述第一电池充电，所述第二电感通过所述第二电容、所述第二电池、所述第九晶闸管、所述第二电感、所述第十开关管形成的回路储能；

使所述第十开关管关断、所述第五开关管关断，所述第二电感通过所述第二电感、所述第四二极管、所述第二电池和所述第九晶闸管形成的降压电路释放电能，为所述第二电池充电。

8.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述当在市电正半周时，通过控制所述第十开关管、所述第九晶闸管和所述负Boost升压模块中的第五开关管的开通和关断为所述第二电池充电，具体包括：

当在市电正半周时，使所述第五开关管开通、所述第十开关管开通、所述第九晶闸管关断，所述第二电容通过所述第二电容、所述第五开关管、所述第二电感和所述第十开关管形成的降压电路释放电能，使所述第二电感储存电能；

使所述第五开关管关断、所述第十开关管关断、所述第九晶闸管开通，所述第二电感通过所述第二电感、所述第四二极管、所述第二电池、所述第九晶闸管形成的升压电路释放电能，为所述第二电池充电。

9.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述当在市电负半周时，通过控制所述第七开关管、所述第八晶闸管和所述正Boost升压模块中的第四开关管的开通和关断为所述第一电池充电，具体包括：

当在市电负半周时，使所述第四开关管开通、所述第七开关管开通、所述第八晶闸管关断，所述第一电容通过所述第一电容、所述第七开关管、所述第一电感和所述第四开关管形成的降压电路释放电能，使所述第一电感储存电能；

使所述第四开关管关断、所述第七开关管关断、所述第八晶闸管开通，所述第一电感通过所述第一电感、所述第八晶闸管、所述第一电池和所述第三二极管形成的升压电路释放电能，为所述第一电池充电。

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