CN104638688A - 一种单相不间断电源电路和三相不间断电源电路 - Google Patents

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Abstract

本发明实施例提供了一种单相UPS电路和三相UPS电路，用以解决现有的单相UPS电路工作在电池模式下时，需要单独使用DC/DC隔离变换器来实现电压的反向，从而导致电路结构复杂，进而导致成本增加的问题。该电路包括具有原边绕组和副边绕组的耦合电感、整流电路、第一开关、第二开关、第三开关和第一二极管；当第一开关和第三开关均断开，第二开关闭合时，整流电路通过PWM整流将交流电压转换为正、负直流电压输出；当第二开关断开，第一开关和第三开关均闭合时，耦合电感、第一二极管和整流电路将电压转换为正、负直流电压输出。

Description

一种单相不间断电源电路和三相不间断电源电路
技术领域
本发明涉及电力电子技术领域，尤其涉及一种单相不间断电源电路以及三相不间断电源电路。
背景技术
在不间断电源（UPS，Uninterruptible Power Supply）的某一个功率段，当电池电压与市电电压的绝对值的平均值之差在一定范围内时，通常要实现电池变换器和市电整流器要共用部分主功率器件，从而降低成本。
目前常用的单相UPS电路如图1所示，主要包括由二极管D1、二极管D2、电感L1、电感L2、开关管M1、二极管D3、开关管M2、二极管D4、二极管D5、二极管D6、电容C1和电容C2组成的整流电路以及DC/DC隔离变换器，当UPS工作在市电模式下时，DC/DC隔离变换器不工作，当市电异常，UPS工作在电池模式下时，DC/DC隔离变换器将存储的能量传递至负母线，并实现电压反向。
目前常用的单相UPS电路需要在电池模式下单独使用DC/DC隔离变换器来实现电压的反向，而DC/DC隔离变换器一般包括原边斩波电路和副边整流电路，其中，原边斩波电路可以采用全桥、半桥、推挽、正激、反激、LLC等电路实现，副边整流电路可以采用全桥、倍压整流、倍流整流等电路。因此，该电路的结构复杂，这使得该电路的成本较高。
综上所述，目前常用的单相UPS电路工作在电池模式下时，需要单独使用DC/DC隔离变换器来实现电压的反向，这会导致该电路结构复杂，增加该电路的成本。
发明内容
本发明实施例提供了一种单相UPS电路和三相UPS电路，用以解决现有的单相UPS电路工作在电池模式下时，需要单独使用DC/DC隔离变换器来实现电压的反向，从而导致电路结构复杂，进而导致电路成本增加的问题。
基于上述问题，本发明实施例提供的一种单相UPS电路，包括具有原边绕组和副边绕组的耦合电感、整流电路、第一开关、第二开关、第三开关和第一二极管；
耦合电感的原边绕组的一端连接整流电路的输入端，第一开关和电池组串联后连接在耦合电感的原边绕组的另一端与整流电路的中性点之间，耦合电感的原边绕组的另一端还通过第二开关连接交流电的火线，整流电路的中性点连接交流电的零线；
当电池组的负极连接交流电的零线时，耦合电感的副边绕组、第三开关和第一二极管串联后连接在整流电路的中性点和整流电路的负母线之间，第一二极管的阳极连接整流电路的负母线或者第一二极管的阴极连接整流电路的中性点；其中，耦合电感的原边绕组中与第二开关相连的一端，和耦合电感中的副边绕组中与整流电路的负母线相连的一端为同名端；
当电池组的正极连接交流电的零线时，耦合电感的副边绕组、第三开关和第一二极管串联后连接在整流电路的中性点和整流电路的正母线之间，第一二极管的阳极连接整流电路的中性点或者第一二极管的阴极连接整流电路的正母线；其中，耦合电感的原边绕组中与第二开关相连的一端，和耦合电感中的副边绕组中与整流电路的正母线相连的一端为同名端。
本发明实施例还提供一种三相UPS电路，包括三个本发明实施例提供的单相UPS电路；每个单相UPS电路连接的交流电的火线为三相电中的一相，三个单相UPS电路连接的交流电的火线为三相电中的不同相，三个单相UPS电路连接的交流电的零线为三相电中的交流电的零线；三个单相UPS电路中的整流电路的正母线连接在一起，三个单相UPS电路中的整流电路的负母线连接在一起，三个单相UPS电路中的整流电路的中性点连接在一起。
本发明实施例的有益效果包括：
本发明实施例提供的一种单相UPS电路和三相UPS电路，当第一开关和第三开关均关断，第二开关闭合时，该UPS电路工作在市电模式下，此时，该UPS电路中的耦合电感为一个普通的电感，整流电路通过该耦合电感和第二开关连接交流电的火线，通过脉冲宽度调制（PWM，Pulse Width Modulation）整流将交流电的火线上的交流电压转换为正、负直流母线电压；当第二开关断开、第一开关和第三开关均闭合时，该UPS电路工作在电池模式下，此时，通过控制整流电路中的开关器件（包括开关管以及与其反并联的二极管）控制储能以及将储存的能量释放，当耦合电感将储存的能量释放时，原边绕组和副边绕组中会分别形成感生电动势，从而将能量分别传递到正母线和负母线上，并且由于耦合电感的原边绕组中与第二开关相连的一端，和耦合电感的副边绕组中与整流电路的负母线相连的一端为同名端，因此，在能量释放时，第一二极管的阳极连接整流电路的负母线或者第一二极管的阴极连接整流电路的中性点，决定了电流只能流入整流电路中的负母线的正极（即负母线与中性点之间的电容的正极），并从负母线的负极（即负母线与中性点之间的电容的负极）流出；或者，在能量释放时，第一二极管的阳极连接整流电路的中性点或者第一二极管的阴极连接整流电路的正母线，决定了电流只能流入整流电路中的正母线的正极（即正母线与中性点之间的电容的正极），并从正母线的负极（即正母线与中性点之间的电容的负极）流出，因此，本发明实施例提供的单相UPS电路可以实现在电池模式下将挂接的电池组的电压转换为正、负电压输出，而不需要在通过单独使用DC/DC隔离变换器来实现电压的反向，从而简化了电路结构，降低了电路成本。
附图说明
图1为现有技术中的单相UPS电路的结构示意图；
图2a和图2b为本发明实施例提供的单相UPS电路的结构示意图；
图3a-图3f为整流电流采用不同拓扑结构时本发明实施例提供的单相UPS电路的结构示意图；
图4a、图4b、图5a和图5b为整流电流采用无桥PFC电路且耦合电感的两个绕组中具有中间抽头时本发明实施例提供的单相UPS电路的结构示意图；
图6a和图6b为本发明实施例提供的三相UPS电路的结构示意图。
具体实施方式
本发明实施例提供的一种单相UPS电路和三相UPS电路，在市电模式下时，耦合电感相当于普通的电感，整流电路通过耦合电感连接交流电的火线，通过PWM整流将交流电的火线上的交流电压转换为正、负直流母线电压；在电池模式下时通过控制整流电路中的开关器件的开通与关断，控制耦合电感存储和释放能量，并且耦合电感的原边绕组中与第二开关相连的一端，和耦合电感的副边绕组中与整流电路的负母线相连的一端为同名端，确定了第一二极管的连接方式，从而确定了能量释放时电流的方向，进而实现将挂接的电池的电压转化为正、负电压输出的功能；而不需要在通过单独使用DC/DC隔离变换器来实现电压的反向，简化了电路结构，降低了电路成本。
下面结合说明书附图，对本发明实施例提供的一种单相UPS电路和三相UPS电路的具体实施方式进行说明。
本发明实施例提供的一种单相UPS电路，包括具有原边绕组和副边绕组的耦合电感、整流电路、第一开关、第二开关、第三开关和第一二极管；
耦合电感的原边绕组的一端连接整流电路的输入端，第一开关和电池组串联后连接在耦合电感的原边绕组的另一端与整流电路的中性点之间，耦合电感的原边绕组的另一端还通过第二开关连接交流电的火线，整流电路的中性点连接交流电的零线；
当电池组的负极连接交流电的零线（包括电池组的负极直接连接交流电的零线，和电池组的负极通过第一开关连接交流电的零线两种情况）时，耦合电感的副边绕组、第三开关和第一二极管串联后连接在整流电路的中性点和整流电路的负母线之间，第一二极管的阳极连接整流电路的负母线（包括第一二极管的阳极直接连接整流电路的负母线和第一二极管的阳极通过第三开关连接整流电路的负母线两种情况）或者第一二极管的阴极连接整流电路的中性点（包括第一二极管的阴极直接连接整流电路的中性点和第一二极管的阴极通过第三开关连接整流电路的中性点两种情况）；其中，耦合电感的原边绕组中与第二开关相连的一端，和耦合电感中的副边绕组中与整流电路的负母线相连（包括直接与整流电路的负母线相连、通过第三开关与整流电路的负母线相连、通过第一二极管与整流电路的负母线相连、通过第三开关和第一二极管与整流电路的负母线相连）的一端为同名端；
当电池组的正极连接交流电的零线（包括电池组的正极直接连接交流电的零线，和电池组的正极通过第一开关连接交流电的零线两种情况）时，耦合电感的副边绕组、第三开关和第一二极管串联后连接在整流电路的中性点和整流电路的正母线之间，第一二极管的阳极连接整流电路的中性点（包括第一二极管的阳极直接连接整流电路的中性点和第一二极管的阳极通过第三开关连接整流电路的中性点两种情况）或者第一二极管的阴极连接整流电路的正母线（包括第一二极管的阴极直接连接整流电路的正母线和第一二极管的阴极通过第三开关连接整流电路的正母线两种情况）；其中，耦合电感的原边绕组中与第二开关相连的一端，和耦合电感中的副边绕组中与整流电路的正母线相连（包括直接与整流电路的正母线相连、通过第三开关与整流电路的正母线相连、通过第一二极管与整流电路的正母线相连、通过第三开关和第一二极管与整流电路的正母线相连）的一端为同名端。
当该UPS电路在市电模式下工作时，第一开关和第三开关均断开，第二开关闭合；当所述UPS电路在电池模式下工作时，第二开关断开，第一开关和第三开关均闭合。
当电池组的负极连接交流电的零线时，仅以电池组的负极直接连接交流电的零线，整流电路的负母线依次连接第三开关、耦合电感的副边绕组、第一二极管和整流电路的中性点为例进行说明，采用该连接方式的单相UPS电路的工作原理与采用其它连接方式的单相UPS电路的工作原理相同，在此不再赘述。
当电池组的正极连接交流电的零线时，仅以电池组的正极直接连接交流电的零线，整流电路的正母线依次连接第三开关、耦合电感的副边绕组、第一二极管和整流电路的中性点为例进行说明，采用该连接方式的单相UPS电路的工作原理与采用其它连接方式的单相UPS电路的工作原理相同，在此不再赘述。
采用电池组的负极直接连接交流电的零线，整流电路的负母线依次连接第三开关、耦合电感的副边绕组、第一二极管和整流电路的中性点的连接方式的单相UPS电路如图2a所示；采用电池组的正极直接连接交流电的零线，整流电路的正母线依次连接第三开关、耦合电感的副边绕组、第一二极管和整流电路的中性点的连接方式的单相UPS电路如图2b所示。
图2a或图2b所示的单相UPS电路，包括具有原边绕组和副边绕组的耦合电感L1、整流电路21、第一开关S1、第二开关S2、第三开关S3和第一二极管D1；
在图2a中，耦合电感L1的原边绕组的一端分别连接第一开关S1的一端和第二开关S2的一端，第一开关S1的另一端连接电池组BATTERY的正极，第二开关S2的另一端连接交流电的火线，接收交流电的火线上的电压IN_L，耦合电感中原边绕组的另一端连接整流电路21的输入端，电池组BATTERY的负极连接整流电路21的中性点，耦合电感L1的副边绕组的一端连接第三开关S3的一端，第三开关S3的另一端连接整流电路21中的负母线，耦合电感L1中副边绕组的另一端连接第一二极管D1的阳极，第一二极管D1的阴极连接整流电路的中性点，整流电路的中性点连接交流电的零线，接收交流电的零线上的电压IN_N；
在图2b中，耦合电感L1的原边绕组的一端分别连接第一开关S1的一端和第二开关S2的一端，第一开关S1的另一端连接电池组BATTERY的负极，第二开关S2的另一端连接交流电的火线，接收交流电的火线上的电压IN_L，耦合电感L1中原边绕组的另一端连接整流电路21的输入端，电池组BATTERY的正极连接整流电路21的中性点，耦合电感L1的副边绕组的一端连接第三开关S3的一端，第三开关S3的另一端连接整流电路21中的正母线，耦合电感L1中的副边绕组的另一端连接第一二极管D1的阴极，第一二极管D1的阳极连接整流电路21的中性点，整流电路的中性点连接交流电的零线，接收交流电的零线上的电压IN_N；
在图2a和图2b中，耦合电感L1中的原边绕组中与第一开关S1相连的一端，和耦合电感L1中的副边绕组中与第三开关S3相连的一端为同名端；
当所述UPS电路在市电模式下工作时，第一开关S1和第三开关S3均断开，第二开关S2闭合；当所述UPS电路在电池模式下工作时，第二开关S2断开，第一开关S1和第三开关S3均闭合。
其中，整流电流可以采用无桥功率因数校正（PFC，Power Factor Correction）电路，也可以采用其它的整流电路。在采用不同的整流电路时，第一开关、第二开关和第三开关的切换相同，即当本发明实施例提供的UPS电路在市电模式下工作时，第一开关S1和第三开关S3均断开，第二开关S2闭合；当该UPS电路在电池模式下工作时，第二开关S2断开，第一开关S1和第三开关S3均闭合。
当整流电路采用无桥PFC电路时，图2a中的单相UPS电路如图3a所示，图2b中的单相UPS电路如图3b所示，在图3a和图3b中，无桥PFC电路包括：第二二极管D2、第三二极管D3、第一开关器件Q1，第二开关器件Q2，第一电容C1，第二电容C2，该整流电路的输入端为第二二极管D2、第三二极管D3以及第一开关器件Q1相连的连接点，第一开关器件Q1中包括开关管和与该开关管反并联的二极管，第二开关器件Q2中包括开关管和与该开关管反并联的二极管。
当整流电路采用图3c和图3d中的整流电路的拓扑结构时，单相UPS电路可以采用图3c和图3d所示的连接形式。图3c和图3d中的整流电路包括第四二极管D4、第五二极管D5、第六二极管D6、第七二极管D7、第三开关器件Q3（包括开关管和与该开关管反并联的二极管）、第四开关器件Q4（包括开关管和与该开关管反并联的二极管）、第三电容C3和第四电容C4。
当整流电路采用图3e和图3f中的整流电路的拓扑结构时，单相UPS电路可以采用图3e和图3f所示的连接形式。图3e和图3f中的整流电路包括第八二极管D8、第九二极管D9、第十二极管D10、第十一二极管D11、第十二二极管D12、第十三二极管D13、第五开关器件Q5（包括开关管和与该开关管反并联的二极管）、第五电容C5和第六电容C6。当然，整流电路还可以采用其他的拓扑结构。
在采用不同的整流电路时，该UPS电路的工作原理类似，下面仅以整流电路为无桥PFC电路为例说明该UPS电路的工作原理。
当图3a和图3b所示的单相UPS电路工作在市电模式时，第一开关S1和第三开关S3断开，第二开关S2闭合，耦合电感L1的副边绕组由于第三开关S3断开而不起作用，因此，耦合电感L1为一个普通电感，无桥PFC电路通过耦合电感L1接收交流电的火线电压IN_L，无桥PFC电路的中性点接收交流电的零线电压IN_N。在市电电压的正半周期，第一开关器件Q1中的开关管在脉冲宽度调制波的控制下高频的开通和关断，第二开关器件Q2中的开关管关断，当第一开关器件Q1中的开关管开通，第一开关器件Q1中的二极管反向截止，第二开关器件Q2中的二极管导通，第二开关器件Q2中的开关管关断时，耦合电感L1的磁芯储能，耦合电感L1、第一开关器件Q1、第二开关器件Q2与交流电的零线和交流电的火线构成了储能回路；当第一开关器件Q1中的开关管关断，第一开关器件Q1中的二极管反向截止，第二开关器件Q2中的二极管导通，第二开关器件Q2中的开关管关断时，耦合电感L1的磁芯中存储的能量释放，耦合电感L1、第二二极管D2、第一电容C1与交流电的火线和交流电的零线组成了能量释放回路。在市电电压的负半周期，第二开关器件Q2中的开关管在脉冲宽度调制波的控制下高频的开通和关断，第一开关器件Q1中的开关管关断，当第二开关器件Q2中的开关管开通，第二开关器件Q2中的二极管反向截止，第一开关器件Q1中的二极管导通，第一开关器件Q1中的开关管关断时，耦合电感L1的磁芯储能，耦合电感L1、第一开关器件Q1、第二开关器件Q2与交流电的零线和交流电的火线构成了储能回路；当第二开关器件Q2中的开关管关断，第二开关器件Q2中的二极管反向截止，第一开关器件Q1中的二极管导通，第一开关器件Q1中的开关管关断时，耦合电感L1的磁芯中存储的能量释放，耦合电感L1、第三二极管D3、第二电容C2与交流电的火线和交流电的零线组成了能量释放回路。
当市电出现异常，控制系统控制图3a和图3b所示的单相UPS电路中的第二开关S2断开，第一开关和第三开关闭合，此时，图3a和图3b所示的单相UPS电路工作在电池模式下。
当采用图3a所示的单相UPS电路时，第一开关器件Q1中的开关管在脉冲宽度调制波的控制下高频的开通和关断，第二开关器件Q2中的开关管关断。当第一开关器件Q1中的开关管开通时，电池组BATTERY、耦合电感L1、第一开关器件Q1中的开关管、第二开关器件Q2中的二极管构成储能电路，耦合电感L1的原边绕组中与第一开关S1相连的一端的电压高于原边绕组的另一端的电压，由于耦合电感L1的副边绕组中与第三开关S3相连的一端与耦合电感L1的原边绕组中与第一开关S1相连的一端为同名端，因此，耦合电感L1的副边绕组中与第三开关S3相连的一端的电压高于副边绕组的另一端的电压，因此，第一二极管D1反向截止；当第一开关器件Q1中的开关管关断时，耦合电感L1的磁芯中存储的能量通过由第一开关S1、耦合电感L1的原边绕组、第二二极管D2、第一电容C1、以及电池组BATTERY构成的能量释放回路传递到正母线上，并通过由耦合电感L1的副边绕组、第一二极管D1、第二电容C2、以及第三开关S3构成的能量释放回路传递到负母线上，在耦合电感L1的磁芯中存储的能量释放的过程中，在由第一开关S1、耦合电感L1的原边绕组、第二二极管D2、第一电容C1、以及电池组BATTERY构成的能量释放回路中电流从第二二极管D2的阳极流入，经过第一电容C1流回至电池组BATTERY的负极，而在由耦合电感L1的副边绕组、第一二极管D1、第二电容C2、以及第三开关S3构成的能量释放回路电流从第一二极管D1阳极流入，从第二电容C2的负极流出；也就是说，该单相UPS电路可以实现在电池模式下将挂接的电池组的电压转换为正、负电压输出。
当采用图3b所示的单相UPS电路时，第二开关器件Q2中的开关管在脉冲宽度调制波的控制下高频的开通和关断，第二开关器件Q2中的开关管关断。当第二开关器件Q2中的开关管开通时，电池组BATTERY、耦合电感L1、第一开关器件Q1中的二极管、第二开关器件Q2中的开关管构成储能电路，耦合电感L1的原边绕组中与第一开关S1相连的一端的电压低于原边绕组的另一端的电压，由于耦合电感L1的副边绕组中与第三开关S3相连的一端与耦合电感L1的原边绕组中与第一开关S1相连的一端为同名端，因此，耦合电感L1的副边绕组中与第三开关S3相连的一端的电压低于副边绕组的另一端的电压，因此，第一二极管D1反向截止；当第二开关器件Q2中的开关管关断时，耦合电感L1的磁芯中存储的能量通过由第三开关S3、第一电容C1、第一二极管D1和耦合电感L1的副边绕组构成的能量释放回路传递到正母线上，并通过由电池组BATTERY、第二电容C2、第三二极管D3、耦合电感L1的原边绕组以及第一开关S1构成的能量释放回路传递到负母线上，在耦合电感L1的磁芯中存储的能量释放的过程中，在由第三开关S3、第一电容C1、第一二极管D1和耦合电感L1的副边绕组构成的能量释放回路中电流从第一电容C1的正极流入，从第一二极管D1的阴极流出；而在由电池组BATTERY、第二电容C2、第三二极管D3、耦合电感L1的原边绕组以及第一开关S1构成的能量释放回路中电流从第二电容C2的正极流入，经过第三二极管D3，流回至电池组BATTERY的负极；也就是说，该单相UPS电路可以实现在电池模式下将挂接的电池组的电压转换为正、负电压输出。
由于本发明实施例提供的单相UPS电路仅通过包括原边绕组和副边绕组的耦合电感就能够实现在电池模式下将挂接的电池组的电压转换为正、负电压输出，相比现有技术中需要单独使用DC/DC隔离变换器的来实现电压反向的方案来说，简化了电路的结构，降低了电路的成本。
由于电池的电压并不是恒定的，当电池中的电能充足时，电池的电压较高，当电池中的电能不足时，电池的电压较低，一般来讲电池的高压和电池的低压相差1.4倍左右，也就是说，电池在高压和低压下工作时，电池的电压相差（1.4-1）*VBATTERY。因此，单相UPS电路中使用的电池组的电压也有一个范围，当电池组中的电池的节数越多时，VBATTERY越大，电池在高压和低压下工作时，电池的电压差就越大。
在本发明提供的单相UPS中，以图3a所示的电路为例，在耦合电感L1的磁芯中存储的能量释放的过程中，在由第一开关S1、耦合电感L1的原边绕组、第二二极管D2、第一电容C1、以及电池组BATTERY构成的能量释放回路中，VL1=VC1-VBATTERY，其中，VL1为耦合电感L1上的电压，VC1为第一电容C1上的电压，VBATTERY为电池组BATTERY的电压；由于第一电容C1上的电压基本固定，电池组BATTERY的电压是随时间变化的，因此，耦合电感L1上的电压也是会随时间变化的，这就会导致第二电容C2上的电压随时间变化，当VBATTERY较大时，电池组BATTERY的电压是随时间变化的范围较大，这就会导致第二电容C2上的电压的变化范围较大，为了使得第二电容C2上的电压的变化范围在可容许的范围内，需要在耦合电感L1的原边绕组或者副边绕组上增加一个中间抽头，从而通过改变原边绕组和副边绕组的匝比，以便在电池组BATTERY的电压变化的范围较大，控制第二电容C2上的电压的变化范围在可容许的范围内。
因此，较佳地，当电池组的负极直接连接交流电的零线时，本发明实施例提供的单相UPS电路的耦合电感中的原边绕组有至少一个中间抽头，所述电路还包括第四开关，每个中间抽头通过一个第四开关连接所述电池组的正极，每个中间抽头通过不同的第四开关连接所述电池组的正极。
在电池模式下，可根据电池组的电压从第三开关和第四开关中选择一个开关闭合，在市电模式下，第三开关和第四开关均断开。
下面以图3a所示的单相UPS电路中的耦合电感的原边绕组中有一个中间抽头为例进行说明，原边绕组中有多个中间抽头时，电路工作原理类似，在此不再赘述。
图3a所示的单相UPS电路中的耦合电感的原边绕组中有一个中间抽头时，电路结构如图4a所示，耦合电感L1中的原边绕组有一个中间抽头，该单相UPS电路还包括第四开关S4，在耦合电感L1中的原边绕组的一端通过第一开关S1连接电池组BATTERY的正极时，该中间抽头通过第四开关S4连接电池组BATTERY的正极。
或者，当第三开关直接与所述耦合电感的副边绕组相连时，本发明实施例提供的单相UPS电路的耦合电感中的副边绕组有至少一个中间抽头，所述电路还包括第五开关，当电池组的负极连接交流电的零线（包括电池组的负极直接连接交流电的零线和电池组的负极通过第一开关连接电池组的负极两种情况）时，每个中间抽头与一个第五开关一一对应连接，即每个中间抽头连接一个第五开关，每个中间抽头连接不同的第五开关，各个第五开关中未与中间抽头连接的一端，连接第三开关中未与耦合电感的副边绕组相连的一端。
在电池模式下，可根据电池组的电压从第三开关和第五开关中选择一个开关闭合；在市电模式下，第三开关和第五开关均断开。
下面以图3a所示的单相UPS电路中的耦合电感的副边绕组中有一个中间抽头为例进行说明，副边绕组中有多个中间抽头时，电路工作原理类似，在此不再赘述。
图3a所示的单相UPS电路中的耦合电感的副边绕组中有一个中间抽头时，电路结构如图4b所示，耦合电感L1中的副边绕组有一个中间抽头，该单相UPS电路还包括第五开关S5，在耦合电感L1中的原边绕组的一端通过第一开关S1连接电池组BATTERY的正极时，该中间抽头通过第五开关S5连接该单相UPS电路中的整流电路的负母线。
在本发明提供的单相UPS中，以图3b所示的电路为例，在耦合电感L1的磁芯中存储的能量释放的过程中，在由电池组BATTERY、第二电容C2、第三二极管D3、耦合电感L1的原边绕组以及第一开关S1构成的能量释放回路中，VL1=VC2-VBATTERY，其中，VL1为耦合电感L1上的电压，VC2为第二电容C1上的电压，VBATTERY为电池组BATTERY的电压；由于第二电容C2上的电压基本固定，电池组BATTERY的电压是随时间变化的，因此，耦合电感L1上的电压也是会随时间变化的，这就会导致第一电容C1上的电压随时间变化，当VBATTERY较大时，电池组BATTERY的电压是随时间变化的范围较大，这就会导致第一电容C1上的电压的变化范围较大，为了使得第一电容C1上的电压的变化范围在可容许的范围内，需要在耦合电感L1的原边绕组或者副边绕组上增加一个中间抽头，从而通过改变原边绕组和副边绕组的匝比，以便在电池组BATTERY的电压变化的范围较大，控制第一电容C1上的电压的变化范围在可容许的范围内。
因此，较佳地，当电池组的正极直接连接交流电的零线时，本发明实施例提供的单相UPS电路的耦合电感中的原边绕组有至少一个中间抽头，所述电路还包括第六开关，每个中间抽头通过一个第六开关连接所述电池组的负极，每个中间抽头通过不同的第六开关连接所述电池组的负极。
在电池模式下，可根据电池组的电压从第三开关和第六开关中选择一个开关闭合；在市电模式下，第三开关和第六开关均断开。
下面以图3b所示的单相UPS电路中的耦合电感的原边绕组中有一个中间抽头为例进行说明，原边绕组中有多个中间抽头时，电路工作原理类似，在此不再赘述。
图3b所示的单相UPS电路中的耦合电感的原边绕组中有一个中间抽头时，电路结构如图5a所示，耦合电感L1中的原边绕组有一个中间抽头，该单相UPS电路还包括第六开关S6，在耦合电感L1中的原边绕组的一端通过第一开关S1连接电池组BATTERY的负极时，该中间抽头通过第六开关S6连接电池组BATTERY的负极。
或者，当第三开关直接与所述耦合电感的副边绕组相连时，本发明实施例提供的单相UPS电路的耦合电感中的副边绕组有至少一个中间抽头，所述电路还包括第七开关，当电池组的正极连接交流电的零线（包括电池组的正极直接连接交流电的零线和电池组的正极通过第一开关连接交流电的零线两种情况）时，每个中间抽头与一个第七开关一一对应连接，即每个中间抽头连接一个第七开关，每个中间抽头连接不同的第七开关，各个第七开关中未与中间抽头连接的一端，连接第三开关中未与耦合电感的副边绕组相连的一端。
在电池模式下，可根据电池组的电压从第三开关和第七开关中选择一个开关闭合；在市电模式下，第三开关和第七开关均断开。
下面以图3b所示的单相UPS电路中的耦合电感的副边绕组中有一个中间抽头为例进行说明，副边绕组中有多个中间抽头时，电路工作原理类似，在此不再赘述。
图3b所示的单相UPS电路中的耦合电感的副边绕组中有一个中间抽头时，电路结构如图5b所示，耦合电感L1中的副边绕组有一个中间抽头，该单相UPS电路还包括第七开关S7，在耦合电感L1中的原边绕组的一端通过第一开关S1连接电池组BATTERY的负极时，该中间抽头通过第七开关S7连接该单相UPS电路中的整流电路的正母线。
进一步地，本发明实施例还提供一种三相不间断电源UPS电路，如图6a（单相UPS电路以图3a所示电路为例）和图6b（单相UPS电路以图3b所示电路为例）所示，包括三个本发明实施例提供的单相UPS电路；其中，每个单相UPS电路连接的交流电的火线为三相电中的一相，接收的交流电的火线上的电压为三相电中的一相的电压，三个单相UPS电路接收的交流电的火线上的电压为三相电中不同相的电压，一个单相UPS电路接收的交流电的火线上的电压为三相电中A相的电压，一个单相UPS电路接收的交流电的火线上的电压为三相电中B相的电压，一个单相UPS电路接收的交流电的火线上的电压为三相电中C相的电压，三个单相UPS电路连接的交流电的零线为三相电中的零线，接收的交流电的零线上的电压为三相电中零线上的电压；三个单相UPS电路中的整流电路的正母线连接在一起，三个单相UPS电路中的整流电路的负母线连接在一起，三个单相UPS电路中的整流电路的中性点连接在一起。
图6a中每一个单相UPS电路为图3a所示的电路，当然，也可以使用图4a、图4b、图5a和图5b任一所示的电路。图6b中每一个单相UPS电路为图3b所示的电路，当然，也可以使用图4a、图4b、图5a和图5b任一所示的电路。
通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到本发明实施例可以通过硬件实现，也可以借助软件加必要的通用硬件平台的方式来实现。基于这样的理解，本发明实施例的技术方案可以以软件产品的形式体现出来，该软件产品可以存储在一个非易失性存储介质（可以是CD-ROM，U盘，移动硬盘等）中，包括若干指令用以使得一台计算机设备（可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等）执行本发明各个实施例所述的方法。
本领域技术人员可以理解附图只是一个优选实施例的示意图，附图中的模块或流程并不一定是实施本发明所必须的。
本领域技术人员可以理解实施例中的装置中的模块可以按照实施例描述进行分布于实施例的装置中，也可以进行相应变化位于不同于本实施例的一个或多个装置中。上述实施例的模块可以合并为一个模块，也可以进一步拆分成多个子模块。
上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (6)

1.一种单相不间断电源UPS电路，其特征在于，包括具有原边绕组和副边绕组的耦合电感、整流电路、第一开关、第二开关、第三开关和第一二极管；
耦合电感的原边绕组的一端连接整流电路的输入端，第一开关和电池组串联后连接在耦合电感的原边绕组的另一端与整流电路的中性点之间，耦合电感的原边绕组的另一端还通过第二开关连接交流电的火线，整流电路的中性点连接交流电的零线；
当电池组的负极连接交流电的零线时，耦合电感的副边绕组、第三开关和第一二极管串联后连接在整流电路的中性点和整流电路的负母线之间，第一二极管的阳极连接整流电路的负母线或者第一二极管的阴极连接整流电路的中性点；其中，耦合电感的原边绕组中与第二开关相连的一端，和耦合电感中的副边绕组中与整流电路的负母线相连的一端为同名端；
当电池组的正极连接交流电的零线时，耦合电感的副边绕组、第三开关和第一二极管串联后连接在整流电路的中性点和整流电路的正母线之间，第一二极管的阳极连接整流电路的中性点或者第一二极管的阴极连接整流电路的正母线；其中，耦合电感的原边绕组中与第二开关相连的一端，和耦合电感中的副边绕组中与整流电路的正母线相连的一端为同名端。
2.如权利要求1所述的电路，其特征在于，当电池组的负极直接连接交流电的零线时，所述耦合电感中的原边绕组有至少一个中间抽头，所述电路还包括第四开关，每个中间抽头通过一个第四开关连接所述电池组的正极，每个中间抽头通过不同的第四开关连接所述电池组的正极。
3.如权利要求1所述的电路，其特征在于，当第三开关直接与所述耦合电感的副边绕组相连时，所述耦合电感中的副边绕组有至少一个中间抽头，所述电路还包括第五开关，当电池组的负极连接交流电的零线时，每个中间抽头与一个第五开关一一对应连接，各个第五开关中未与中间抽头连接的一端，连接第三开关中未与耦合电感的副边绕组相连的一端。
4.如权利要求1所述的电路，其特征在于，当电池组的正极直接连接交流电的零线时，所述耦合电感中的原边绕组有至少一个中间抽头，所述电路还包括第六开关，每个中间抽头通过一个第六开关连接所述电池组的负极，每个中间抽头通过不同的第六开关连接所述电池组的负极。
5.如权利要求1所述的电路，其特征在于，当第三开关直接与所述耦合电感的副边绕组相连时，所述耦合电感中的副边绕组有至少一个中间抽头，所述电路还包括第七开关，当电池组的正极连接交流电的零线时，每个中间抽头与一个第七开关一一对应连接，各个第七开关中未与中间抽头连接的一端，连接第三开关中未与耦合电感的副边绕组相连的一端。
6.一种三相不间断电源UPS电路，其特征在于，包括三个如权利要求1-5任意一项所述的单相UPS电路；每个单相UPS电路连接的交流电的火线为三相电中的一相，三个单相UPS电路连接的交流电的火线为三相电中的不同相，三个单相UPS电路连接的交流电的零线为三相电中的零线；三个单相UPS电路中的整流电路的正母线连接在一起，三个单相UPS电路中的整流电路的负母线连接在一起，三个单相UPS电路中的整流电路的中性点连接在一起。
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