CN103762630A - 一种整流电路及其ups系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种整流电路及其UPS系统，所述整流电路工作于市电模式和电池模式；所述整流电路工作于市电模式的正半周时，正半周BOOST电路给正母线充电，当检测当前市电高于电池电压时形成BUCK-BOOST电路给电池充电；所述整流电路工作于市电模式的负半周时，BOOST电路给负母线充电，正母线同时形成BUCK电路对电池进行充电；其中，所述电池的负极和市电的N线相连。本发明的充电电路和整流主拓扑共用正负母线电路，电池的负极和市电的N线相连，电池充电的时候不需要采用隔离，电路工作的效率明显提高。

Description

一种整流电路及其UPS系统

技术领域

本发明涉及一种不间断电源电路，尤其涉及一种不间断电源的整流电路，并涉及了采用该整流电路的UPS系统。

背景技术

为了保证UPS在没有市电的情况下保证输出负载能正常供电，当市电断电时需切换到电池进行工作，这时候电池模式下的效率尤为重要；而现有技术虽然有采用双BOOST的方案对母线进行升压，但是此类拓扑一般需要两组电池，那么UPS就需要更多的电池节数，或者通过开关对电池进行工频切换，也就是电池模式的电路回路需要流过更多的功率器件，因此，就会降低电池模式下的效率，并且不能多台UPS共用一组电池。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是需要提供一种电池模式和市电模式共用同一电路的整流电路，该整流电路的单组电池可以同时给正负母线同时供电，能够有效的提高在电池模式下的工作效率，并且很好的实现多台UPS共用电池组。

对此，本发明提供一种整流电路，所述整流电路工作于市电模式和电池模式；所述整流电路工作于市电模式的正半周时，正半周BOOST电路给正母线充电，当检测当前市电高于电池电压时形成BUCK-BOOST电路给电池充电；所述整流电路工作于市电模式的负半周时，BOOST电路给负母线充电，正母线同时形成BUCK电路对电池进行充电；其中，所述电池的负极和市电的N线相连。

本发明所述的开关管优选为MOS管，本发明的电池的负极和市电的Ｎ线相连，使得多台UPS能够共用一组电池；而且在电池模式下，电池的负极和市电的N线相连，所以对于电池充电的时候来说不需要采用隔离，并且电路工作的效率就会明显提高，同时也不存在多台UPS不能共用电池的缺陷。

本发明的进一步改进在于，所述市电模式和电池模式分别由市电输入继电器和电池输入继电器来控制，所述市电输入继电器和电池输入继电器之间连接有开关管Q1，所述开关管Q1包括寄生二极管；在市电正常的情况下，通过该寄生二极管进行市电负半周BOOST电路的工作；在电池模式下，利用开关管Q1的开关作用，完成对负半周的升压。

本发明巧妙的运用开关管Q1，在市电正常的情况下，利用其寄生二极管进行市电负半周BOOST电路的工作；在电池模式下则利用开关管Q1管的开关作用，完成对负半周的升压，减少了电路中功率器件的数量，大幅度提高了电池模式的工作效率。

本发明的进一步改进在于，充电电路和整流主拓扑共用正负母线电路，当电路工作于市电模式的负半周时，二极管D3、电感L2、开关管Q1和开关管Q3构成BOOST电路给负母线充电，此时正母线通过开关管Q2、开关管Q5和开关管Q6形成BUCK电路对电池进行充电；当电路工作于市电模式的正半周时，二极管D1、电感L1、开关管Q2和开关管Q5构成BOOST电路给正母线充电，当检测当前市电高压电池电压时，开关管Q3、开关管Q4、二极管D4和电感L2形成BUCK-BOOST电路给电池充电。

上述充电电路和整流主拓扑共用正负母线电路的电路连接关系优选如下：市电的L线依次连接市电输入继电器、二极管D1、电感L1、开关管Q5以及电容C1，所述电感L1和开关管Q5之间连接有开关管Q2，所述电感L1和电池之间设置有开关管Q6；市电的N线依次连接电容C2、二极管D3、电感L2和开关管Q1，所述二极管D3和电感L2之间连接有开关管Q3，开关管Q4并联于二极管D3和电感L2的两端，所述电感L2和电池之间设置有二极管D4。

本发明在提高了电路的工作效率、电池充电不需要隔离以及多台UPS能够共用电池的基础上，通过控制开关管Q4、开关管Q5和开关管Q6可以实现市电工作于正半周的时候通过负母线对电池进行充电、市电工作于负半周的时候通过正母线给电池充电。

本发明的进一步改进在于，市电的L线依次连接市电输入继电器、二极管D1、电感L1、二极管D2以及电容C1，所述电感L1和二极管D2之间连接有开关管Q2；市电的N线依次连接电容C2、二极管D3、电感L2和开关管Q1，所述二极管D3和电感L2之间连接有开关管Q3，二极管D4并联于二极管D3和电感L2的两端。

本发明的工作原理为：在市电模式下，市电输入继电器闭合，电池输入继电器断开；市电正半周时开关管Q2导通、电感L1储能，然后开关管Q2断开，电感L1通过二极管D2和电容C1进行续流实现正半周BOOST；市电负半周时，开关管Q3导通、电感L2储能，然后开关管Q3断开，电感L2通过二极管D4和电容C2进行续流实现负半周BOOST。

在电池模式下，市电输入继电器断开，电池输入继电器闭合；正母线的工作方式为：首先开关管Q2导通、电感L1通过二极管D1和开关管Q2进行充电，然后开关管Q2断开，电感L1通过二极管D1、二极管D2和电容C1进行续流实现正半周BOOST；负母线的工作方式为：开关管Q1开通、电感L2通过开关管Q1和开关管Q3进行充电，然后开关管Q1断开，电感L2通过开关管Q3、电容C2和二极管D4进行续流从而实现负半周的BOOST。

本发明的进一步改进在于，市电的L线依次连接市电输入继电器、二极管D1、电感L1、二极管D2以及电容C1，所述电感L1和二极管D2之间连接有开关管Q2；市电的N线依次连接电容C2、二极管D3、电感L2和开关管Q1，所述二极管D3和电感L2之间连接有开关管Q3，开关管Q4并联于二极管D3和电感L2的两端；还包括二极管D4，所述二极管D4的正极与电感L2相连，二极管D4的负极与电池的正极相连。本发明在提高了电路的工作效率、电池充电不需要隔离以及多台UPS能够共用电池的基础上，通过控制开关管Q4可以实现市电工作于正半周的时候，用负母线对电池进行充电。

本发明还提供一种UPS系统，包括整流电路和逆变电路，所述整流电路为上述的整流电路。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于，充电电路和整流主拓扑共用正负母线电路，电池的负极和市电的N线相连，电池充电的时候不需要采用隔离，电路工作的效率明显提高，其工作效率相对于传统的放电模式的工作效率至少高3%，同时也达到了多台UPS共用电池的目的。

附图说明

图1是本发明实施例2的电路连接示意图；

图2是本发明实施例2的市电模式的电路连接示意图；

图3是现有技术的一种整流电路图；

图4是现有技术的另一种整流电路图；

图5是现有技术的再一种整流电路图；

图6是本发明实施例3的电路连接示意图；

图7是本发明实施例4的电路连接示意图；

图8是本发明实施例5的一种电路连接示意图；

图9是本发明实施例5的另一种电路连接示意图；

图10是本发明实施例5的再一种电路连接示意图。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的较优的实施例作进一步的详细说明：

实施例1：

本例提供一种整流电路，所述整流电路工作于市电模式和电池模式；所述整流电路工作于市电模式的正半周时，正半周BOOST电路给正母线充电，当检测当前市电高于电池电压时形成BUCK-BOOST电路给电池充电；所述整流电路工作于市电模式的负半周时，BOOST电路给负母线充电，正母线同时形成BUCK电路对电池进行充电；其中，所述电池的负极和市电的N线相连。

本例所述的开关管优选为MOS管，本例的电池的负极和市电的Ｎ线相连，使得多台UPS能够共用一组电池；而且在电池模式下，电池的负极和市电的N线相连，所以对于电池充电的时候来说不需要采用隔离，并且电路工作的效率就会明显提高，同时也不存在多台UPS不能共用电池的缺陷。

本例的进一步改进在于，所述市电模式和电池模式分别由市电输入继电器和电池输入继电器来控制，所述市电输入继电器和电池输入继电器之间连接有开关管Q1，所述开关管Q1包括寄生二极管；在市电正常的情况下，通过该寄生二极管进行市电负半周BOOST电路的工作；在电池模式下，利用开关管Q1的开关作用，完成对负半周的升压。

本例巧妙的运用开关管Q1，在市电正常的情况下，利用其寄生二极管进行市电负半周BOOST电路的工作；在电池模式下则利用开关管Q1管的开关作用，完成对负半周的升压，减少了电路中功率器件的数量，大幅度提高了电池模式的工作效率。

实施例2：

如图1所示，在实施例1的基础上，本例市电的L线依次连接市电输入继电器、二极管D1、电感L1、二极管D2以及电容C1，所述电感L1和二极管D2之间连接有开关管Q2；市电的N线依次连接电容C2、二极管D3、电感L2和开关管Q1，所述二极管D3和电感L2之间连接有开关管Q3，二极管D4并联于二极管D3和电感L2的两端。

本例的工作原理为：在市电模式下，市电输入继电器闭合，电池输入继电器断开；市电正半周时开关管Q2导通、电感L1储能，然后开关管Q2断开，电感L1通过二极管D2和电容C1进行续流实现正半周BOOST；市电负半周时，开关管Q3导通、电感L2储能，然后开关管Q3断开，电感L2通过二极管D4和电容C2进行续流实现负半周BOOST。市电模式的电路连接示意图如图2所示。

在电池模式下，市电输入继电器断开，电池输入继电器闭合；正母线的工作方式为：首先开关管Q2导通、电感L1通过二极管D1和开关管Q2进行充电，然后开关管Q2断开，电感L1通过二极管D1、二极管D2和电容C1进行续流实现正半周BOOST；负母线的工作方式为：开关管Q1开通、电感L2通过开关管Q1和开关管Q3进行充电，然后开关管Q1断开，电感L2通过开关管Q3、电容C2和二极管D4进行续流从而实现负半周的BOOST。

图3是现有技术的第一种整流电路：该现有的第一种整流电路可以实现单组电池给UPS供电，但在电池模式时通过两个主开关管对电池进行切换，对于EMC来说会产生一个工频噪声，此电路不能实现两台UPS同时共用一个电池组。图4是现有技术的第二种整流电路：该现有的第二种整流电路在UPS电池模式下通过单组电池升双边母线，在电池电压较低的时候，得不到较高的效率；且电池模式时中点电压不固定。图5是现有技术的第三种整流电路：由于该现有的第三种整流电路只有一个电感，在电池模式下需进行Q1管的切换，电感续流回路经过的器件太多，直接影响效率。

与现有技术相比，本例的有益效果在于，充电电路和整流主拓扑共用正负母线电路，电池的负极和市电的N线相连，电池充电的时候不需要采用隔离，电路工作的效率明显提高，其工作效率相对于传统的放电模式的工作效率至少高3%，同时也达到了多台UPS共用电池的目的。

实施例3：

如图6所示，在实施例1的基础上，本例充电电路和整流主拓扑共用正负母线电路，当电路工作于市电模式的负半周时，二极管D3、电感L2、开关管Q1和开关管Q3构成BOOST电路给负母线充电，此时正母线通过开关管Q2、开关管Q5和开关管Q6形成BUCK电路对电池进行充电；当电路工作于市电模式的正半周时，二极管D1、电感L1、开关管Q2和开关管Q5构成BOOST电路给正母线充电，当检测当前市电高压电池电压时，开关管Q3、开关管Q4、二极管D4和电感L2形成BUCK-BOOST电路给电池充电。

上述充电电路和整流主拓扑共用正负母线电路的电路连接关系优选如下：市电的L线依次连接市电输入继电器、二极管D1、电感L1、开关管Q5以及电容C1，所述电感L1和开关管Q5之间连接有开关管Q2，所述电感L1和电池之间设置有开关管Q6；市电的N线依次连接电容C2、二极管D3、电感L2和开关管Q1，所述二极管D3和电感L2之间连接有开关管Q3，开关管Q4并联于二极管D3和电感L2的两端，所述电感L2和电池之间设置有二极管D4。

与现有技术相比，本例的有益效果在于，充电电路和整流主拓扑共用正负母线电路，电池的负极和市电的N线相连，电池充电的时候不需要采用隔离，电路工作的效率明显提高，其工作效率相对于传统的放电模式的工作效率至少高3%，同时也达到了多台UPS共用电池的目的。

本例在提高了电路的工作效率、电池充电不需要隔离以及多台UPS能够共用电池的基础上，还通过控制开关管Q4、开关管Q5和开关管Q6可以实现市电工作于正半周的时候通过负母线对电池进行充电、市电工作于负半周的时候通过正母线给电池充电。

实施例4：

如图7所示，在实施例1的基础上，本例市电的L线依次连接市电输入继电器、二极管D1、电感L1、二极管D2以及电容C1，所述电感L1和二极管D2之间连接有开关管Q2；市电的N线依次连接电容C2、二极管D3、电感L2和开关管Q1，所述二极管D3和电感L2之间连接有开关管Q3，开关管Q4并联于二极管D3和电感L2的两端；还包括二极管D4，所述二极管D4的正极与电感L2相连，二极管D4的负极与电池的正极相连。本例在提高了电路的工作效率、电池充电不需要隔离以及多台UPS能够共用电池的基础上，通过控制开关管Q4可以实现市电工作于正半周的时候，用负母线对电池进行充电。

与现有技术相比，本例的有益效果在于，充电电路和整流主拓扑共用正负母线电路，电池的负极和市电的N线相连，电池充电的时候不需要采用隔离，电路工作的效率明显提高，其工作效率相对于传统的放电模式的工作效率至少高3%，同时也达到了多台UPS共用电池的目的。

实施例5

如图8至图10所示，本例还提供一种UPS系统，包括整流电路和逆变电路，所述整流电路为实施例2所述的整流电路。该整流电路还可以是实施例1、3或4所述的整流电路。

图8、图9和图10所示的几个拓扑均为UPS系统的主回路拓扑，从这几个拓扑所用的器件可以看出，本方案通过很少的器件就实现了UPS系统在电池模式和市电模式之间的工作切换，同时由于电池负和市电N相连为后级逆变电路的控制带来了极大的方便，大大提高了工作效率。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种整流电路，其特征在于，所述整流电路工作于市电模式和电池模式；所述整流电路工作于市电模式的正半周时，正半周BOOST电路给正母线充电，当检测当前市电高于电池电压时形成BUCK-BOOST电路给电池充电；所述整流电路工作于市电模式的负半周时，BOOST电路给负母线充电，正母线同时形成BUCK电路对电池进行充电；其中，所述电池的负极和市电的N线相连。

2.根据权利要求1所述的整流电路，其特征在于，所述市电模式和电池模式分别由市电输入继电器和电池输入继电器来控制，所述市电输入继电器和电池输入继电器之间连接有开关管Q1，所述开关管Q1包括寄生二极管；在市电正常的情况下，通过该寄生二极管进行市电负半周BOOST电路的工作；在电池模式下，利用开关管Q1的开关作用，完成对负半周的升压。

3.根据权利要求2所述的整流电路，其特征在于，充电电路和整流主拓扑共用正负母线电路，当电路工作于市电模式的负半周时，二极管D3、电感L2、开关管Q1和开关管Q3构成BOOST电路给负母线充电，此时正母线通过开关管Q2、开关管Q5和开关管Q6形成BUCK电路对电池进行充电；当电路工作于市电模式的正半周时，二极管D1、电感L1、开关管Q2和开关管Q5构成BOOST电路给正母线充电，当检测当前市电高压电池电压时，开关管Q3、开关管Q4、二极管D4和电感L2形成BUCK-BOOST电路给电池充电。

4.根据权利要求3所述的整流电路，其特征在于，市电的L线依次连接市电输入继电器、二极管D1、电感L1、开关管Q5以及电容C1，所述电感L1和开关管Q5之间连接有开关管Q2，所述电感L1和电池之间设置有开关管Q6；市电的N线依次连接电容C2、二极管D3、电感L2和开关管Q1，所述二极管D3和电感L2之间连接有开关管Q3，开关管Q4并联于二极管D3和电感L2的两端，所述电感L2和电池之间设置有二极管D4。

5.根据权利要求2所述的整流电路，其特征在于，市电的L线依次连接市电输入继电器、二极管D1、电感L1、二极管D2以及电容C1，所述电感L1和二极管D2之间连接有开关管Q2；市电的N线依次连接电容C2、二极管D3、电感L2和开关管Q1，所述二极管D3和电感L2之间连接有开关管Q3，二极管D4并联于二极管D3和电感L2的两端。

6.根据权利要求5所述的整流电路，其特征在于，在市电模式下，市电输入继电器闭合，电池输入继电器断开；市电正半周时开关管Q2导通、电感L1储能，然后开关管Q2断开，电感L1通过二极管D2和电容C1进行续流实现正半周BOOST；市电负半周时，开关管Q3导通、电感L2储能，然后开关管Q3断开，电感L2通过二极管D4和电容C2进行续流实现负半周BOOST。

7.根据权利要求5所述的整流电路，其特征在于，在电池模式下，市电输入继电器断开，电池输入继电器闭合；正母线的工作方式为：首先开关管Q2导通、电感L1通过二极管D1和开关管Q2进行充电，然后开关管Q2断开，电感L1通过二极管D1、二极管D2和电容C1进行续流实现正半周BOOST；负母线的工作方式为：开关管Q1开通、电感L2通过开关管Q1和开关管Q3进行充电，然后开关管Q1断开，电感L2通过开关管Q3、电容C2和二极管D4进行续流从而实现负半周的BOOST。

8.根据权利要求2所述的整流电路，其特征在于，市电的L线依次连接市电输入继电器、二极管D1、电感L1、二极管D2以及电容C1，所述电感L1和二极管D2之间连接有开关管Q2；市电的N线依次连接电容C2、二极管D3、电感L2和开关管Q1，所述二极管D3和电感L2之间连接有开关管Q3，开关管Q4并联于二极管D3和电感L2的两端；还包括二极管D4，所述二极管D4的正极与电感L2相连，二极管D4的负极与电池的正极相连。

9.一种UPS系统，其特征在于，包括整流电路和逆变电路，所述整流电路为权利要求1至8任意一项所述的整流电路。

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