CN104734264B - 在线互动式不间断电源及其控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种在线互动式不间断电源，包括：交流输入端、交流输出端、可充放电装置、DC/AC逆变器、整流电路、全桥逆变器、电容、开关切换装置、充电器、升压电路和整流降压电路，所述升压电路的输出端连接在所述全桥逆变器的输入端，所述整流降压电路被控制用于提供整流输出或整流降压输出，所述整流降压电路的输入端和所述交流输入端连接，所述整流降压电路可操作地给所述升压电路或所述全桥逆变器提供脉动直流电。本发明的在线互动式不间断电源能够给交流输出端提供稳定的交流电，且体积小，成本低。

Description

在线互动式不间断电源及其控制方法
技术领域
本发明涉及不间断电源，特别涉及在线互动式不间断电源及其控制方法。
背景技术
不间断电源能够持续不断地给用电设备进行供电，已经被广泛地研究和利用。不间断电源根据其工作方式可以分为后备式、在线式和在线互动式。
在线互动式不间断电源在市电正常时直接由市电向负载供电，当市电停电时，通过电池对负载进行供电，但是当市电的电压较高或较低时，经过逆变器的转换后，将会使得不间断电源的输出端的电压具有高于或低于负载所需的电压，为了使得在线互动式不间断电源具有稳定的输出电压，通常在市电的输入端连接有自动电压调节器，用于调节不间断电源输出端的电压，自动电压调节器的可靠性高，且对输入端电压的调节范围广。
但是，自动电压调节器的体积大、重量重、成本高且耗能多，这直接导致了不间断电源对电能的利用率降低和成本的增加，因此，目前急需一种不带自动调节器、同时能够给输出端提供稳定交流电压的不间断电源。
发明内容
针对上述技术问题，本发明提供一种在线互动式不间断电源，包括：
交流输入端和交流输出端；
可充放电装置；
DC/AC逆变器，所述DC/AC逆变器的输入端和所述可充放电装置的两端连接；
整流电路，所述整流电路的输入端和所述DC/AC逆变器的输出端连接；
全桥逆变器，所述全桥逆变器的输入端连接在所述整流电路的输出端；
电容，所述电容的两端连接在所述全桥逆变器的输入端上；
开关切换装置，所述开关切换装置择一地使得所述交流输入端与所述交流输出端连接或使得所述全桥逆变器的输出端与所述交流输出端连接；
充电器，所述充电器的输入端与所述交流输出端连接，所述充电器的输出端与所述可充放电装置的两端连接；
升压电路，所述升压电路的输出端连接在所述全桥逆变器的输入端；以及
整流降压电路，其被控制用于提供整流输出或整流降压输出，所述整流降压电路的输入端和所述交流输入端连接，所述整流降压电路可操作地给所述升压电路或所述全桥逆变器提供脉动直流电。
优选的，所述整流降压电路包括双向开关、第一全桥整流电路和电感，所述第一全桥整流电路具有输入端和输出端，所述交流输入端的通过所述双向开关连接在所述第一全桥整流电路的输入端，所述电感的一端连接在所述第一全桥整流电路的输出端的正极。
优选的，所述双向开关包括具有反向并联二极管的第一金氧半场效晶体管和具有反向并联二极管的第二金氧半场效晶体管，所述第一金氧半场效晶体管的源极和所述第二金氧半场效晶体管的源极连接，所述第二金氧半场效晶体管的漏极连接在所述第三二极管的阳极，所述第一金氧半场效晶体管的漏极连接在所述交流输入端的一个端子上。
优选的，所述电感构成所述升压电路的一部分，所述升压电路通过所述电感实现升压。
优选的，所述整流降压电路包括第一全桥整流电路和降压电路，所述第一全桥整流电路具有输入端和输出端，所述第一全桥整流电路的输入端和所述交流输入端连接，所述第一全桥整流电路的输出端和所述降压电路的输入端连接，所述降压电路的输出端作为所述整流降压电路的输出端。
优选的，所述整流电路包括第二全桥整流电路，所述第一全桥整流电路和所述第二全桥整流电路共用两个二极管。
优选的，所述可充放电装置包括保护开关、储能电容和可充放电电池，所述保护开关与所述可充放电电池串联后与所述储能电容并联。
本发明的一个实施例提供了在线互动式不间断电源的控制方法，当所述交流输入端的电压大于所述交流输出端所需的电压时，控制所述开关切换装置使得所述全桥逆变器的输出端与所述交流输出端连接，控制所述DC/AC逆变器停止工作，控制所述整流降压电路将所述交流输入端的交流电整流并降压后给所述全桥逆变器提供脉动直流电，控制所述全桥逆变器以脉宽调制方式工作从而给所述交流输出端提供所需的交流电。
本发明的另一个实施例提供了在线互动式不间断电源的控制方法，当所述交流输入端的电压小于所述交流输出端所需的电压时，控制所述开关切换装置使得所述全桥逆变器的输出端与所述交流输出端连接，控制所述DC/AC逆变器停止工作，控制所述整流降压电路将所述交流输入端的交流电整流后给所述升压电路提供脉动直流电，并控制所述升压电路和所述全桥逆变器以脉宽调制方式工作从而给所述交流输出端提供所需的交流电。
本发明的又一个实施例提供了在线互动式不间断电源的控制方法，当所述交流输入端的电压大于所述交流输出端所需的电压时，且所述交流输出端连接有所需功率小于所述交流输入端提供的功率的容性负载时，控制所述开关切换装置使得所述全桥逆变器的输出端与所述交流输出端连接，控制所述全桥逆变器以脉宽调制方式工作，控制所述充电器对所述可充放电装置进行充电，并交替进行如下两个步骤，
控制所述DC/AC逆变器停止工作，并控制所述整流降压电路将所述交流输入端的交流电整流并降压后给所述全桥逆变器提供脉动直流电，使得所述可充放电装置两端的电压从第一阈值电压增加到大于所述第一阈值电压的第二阈值电压，并对所述交流输出端提供所需的交流电；
控制所述整流降压电路停止工作，同时控制所述DC/AC逆变器以脉宽调制方式工作，使得所述可充放电装置两端的电压从所述第二阈值电压降低到所述第一阈值电压，并对所述交流输出端提供所需的交流电。
本发明的再一个实施例提供了在线互动式不间断电源的控制方法，当所述交流输入端的电压小于所述交流输出端所需的电压时，且所述交流输出端连接有所需功率小于所述交流输入端提供的功率的容性负载时，控制所述开关切换装置使得所述全桥逆变器的输出端与所述交流输出端连接，控制所述全桥逆变器以脉宽调制方式工作，控制所述充电器对所述可充放电装置进行充电，并交替进行如下两个步骤，
控制所述DC/AC逆变器停止工作，控制所述整流降压电路将所述交流输入端的交流电整流后给所述升压电路提供脉动直流电，使得所述可充放电装置两端的电压从第一阈值电压增加到大于所述第一阈值电压的第二阈值电压，并控制所述升压电路以脉宽调制方式工作对所述交流输出端提供所需的交流电；
控制所述整流降压电路停止工作，同时控制所述DC/AC逆变器以脉宽调制方式工作，使得所述可充放电装置两端的电压从所述第二阈值电压降低到所述第一阈值电压，并对所述交流输出端提供所需的交流电。
本发明的在线互动式不间断电源能够在输出端提供稳定的交流电，并且电路结构简单、使用的元器件少、成本低，同时提高了电能的利用效率。基于本发明的在线互动式不间断电源的控制方法，本发明的不间断电源能够适用于任何负载情况，避免了输出端波形的失真，并且避免了大的涌流对不间断电源中的逆变器造成损坏。
附图说明
以下参照附图对本发明实施例作进一步说明，其中：
图1是本发明的在线互动式不间断电源的方框图。
图2是本发明第一个实施例的在线互动式不间断电源的电路图。
图3是图2所示的在线互动式不间断电源在旁路模式下的等效电路图。
图4是图2所示的在线互动式不间断电源在后备模式下的等效电路图。
图5是图2所示的在线互动式不间断电源在在线模式下实现降压的等效电路图。
图6是图2所示的在线互动式不间断电源在在线模式下实现升压的等效电路图。
图7是图2所示的在线互动式不间断电源连接有容性负载的电路图。
图8是图7所示的在线互动式不间断电源在在线模式下实现降压时，交流输入端对容性负载进行供电的等效电路图。
图9是图7所示的在线互动式不间断电源在在线模式下实现降压时，可充放电装置对容性负载进行供电的等效电路图。
图10是图7所示的在线互动式不间断电源在在线模式下实现降压过程中的时序图。
图11是图7所示的在线互动式不间断电源在在线模式下实现升压时，交流输入端对容性负载进行供电的等效电路图。
图12是图7所示的在线互动式不间断电源在在线模式下实现升压时，可充放电装置对容性负载进行供电的等效电路图。
图13是本发明第二个实施例的在线互动式不间断电源的电路图。
图14是本发明第三个实施例的在线互动式不间断电源的电路图。
主要装置符号说明
1 DC/AC逆变器
2 充电器
3 电磁干扰滤波器
4 升压电路
5 全桥逆变器
6 全桥整流电路
7、8 电缆
9 双向开关
10 容性负载
11 全桥整流电路
12 整流降压电路
13 降压电路
14 整流电路
15 整流降压电路
16 升压电路
19 可充放电装置
20 交流输入端
21 整流降压电路
22 全桥整流电路
30 交流输出端
S、S1 开关切换装置
C 电容
T1-T8 金氧半场效晶体管
D1-D12 二极管
L1、L2 电感
具体实施方式
为了使本发明的目的，技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图通过具体实施例对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
图1是本发明的在线互动式不间断电源的方框图。如图1所示，本发明的在线互动式不间断电源包括交流输入端20、交流输出端30、可充放电装置19、DC/AC逆变器1、整流电路14、整流降压电路15、升压电路16、电容C、全桥逆变器5、充电器2、开关切换装置S和S1。DC/AC逆变器1的输入端连接在可充放电装置19的两端，用于将可充放电装置19中的直流电转换为交流电。DC/AC逆变器1的输出端连接在整流电路14的输入端上，整流电路14的输出端连接在全桥逆变器5的输入端上。整流降压电路15的输入端和交流输入端20连接，整流降压电路15用于将交流输入端20的交流电整流并降压后输出至全桥逆变器5的输入端，或将交流输入端20的交流电整流后输出至升压电路16的输入端。升压电路16的输出端连接在全桥逆变器5的输入端上，开关切换装置S选择性地使得交流输入端20或全桥逆变器5的输出端与交流输出端30连接，电容C的两端连接在全桥逆变器5的输入端上，充电器2的输入端连接在交流输出端30上，充电器2的输出端连接在可充放电装置19的两端，用于将交流输出端30的交流电对可充放电装置19进行充电。
可充放电装置19可以是可充放电电池或电池组，还可以是可充放电电池或电池组与保护开关串联后再与电容或电容组并联。在可充放电装置19频繁的实现充放电的过程中，可以对并联的电容或电容组实现频繁的充放电，从而减少了对电池或电池组的充放电次数，有效保护了电池或电池组。
当交流输入端20的电压等于交流输出端30所需的电压时，使得交流输入端20对交流输出端30直接进行供电，此时如果可充放电装置19两端的电压小于可充放电装置19的额定电压，则控制充电器2对可充放电装置19进行充电，当可充放电装置19两端的电压等于额定电压时，控制充电器2停止充电。
当交流输入端没有电压输出时，控制开关切换装置S使得全桥逆变器5的输出端与交流输出端30连接，控制DC/AC逆变器1使得可充放电装置19放电并输出交流电，控制全桥逆变器5以脉宽调制方式工作从而给交流输出端30提供所需的交流电。
当交流输入端20的电压大于交流输出端30所需的电压时，控制开关切换装置S使得全桥逆变器5的输出端与交流输出端30连接，使得DC/AC逆变器1停止工作，控制整流降压电路15将交流输入端20的交流电整流并降压后通过开关S1输出至全桥逆变器5的输入端，控制全桥逆变器5以脉宽调制方式工作从而给交流输出端30提供所需的交流电。
当交流输入端20的电压小于交流输出端30所需的电压时，控制开关切换装置S使得全桥逆变器5的输出端与交流输出端30连接，使得DC/AC逆变器1停止工作，控制整流降压电路15将交流输入端20的交流电整流后通过开关S1输出至升压电路16的输入端，并控制升压电路16和全桥逆变器5以脉宽调制方式工作从而给交流输出端30提供所需的交流电。此状态中，整流降压电路15仅用作整流作用，不起降压作用。
当不间断电源以上述两种在线模式工作时，交流输出端30可以连接有阻性负载、容性负载或空载。
当交流输入端20的电压大于交流输出端30所需的电压时，且交流输出端30连接有所需功率小于交流输入端20提供的功率的容性负载时，控制开关切换装置S使得全桥逆变器5的输出端与交流输出端30连接，控制全桥逆变器5以脉宽调制方式工作，控制充电器2对可充放电装置19进行充电，并交替进行如下两个步骤，
控制DC/AC逆变器1停止工作，并控制整流降压电路15将交流输入端20的交流电整流并降压后输出至全桥逆变器5的输入端，使得可充放电装置19两端的电压从第一阈值电压增加到大于第一阈值电压的第二阈值电压，并对交流输出端30提供所需的交流电；
控制整流降压电路15停止工作，同时控制DC/AC逆变器1以脉宽调制方式工作，使得可充放电装置19两端的电压从第二阈值电压降低到第一阈值电压，并对交流输出端30提供所需的交流电。
当交流输入端20的电压小于交流输出端30所需的电压时，且交流输出端30连接有所需功率小于交流输入端20提供的功率的容性负载时，控制开关切换装置S使得全桥逆变器5的输出端与交流输出端30连接，控制全桥逆变器5以脉宽调制方式工作，控制充电器2对可充放电装置19进行充电，并交替进行如下两个步骤，
控制DC/AC逆变器1停止工作，控制整流降压电路15将交流输入端20的交流电整流后输出至升压电路16的输入端，使得可充放电装置19两端的电压从第一阈值电压增加到大于第一阈值电压的第二阈值电压，并控制升压电路16以脉宽调制方式工作对交流输出端30提供所需的交流电；
控制整流降压电路15停止工作，同时控制DC/AC逆变器1以脉宽调制方式工作，使得可充放电装置19两端的电压从第二阈值电压降低到第一阈值电压，并对交流输出端30提供所需的交流电。
本领域技术人员能够明白图1中的DC/AC逆变器1、充电器2、整流电路14、整流降压电路15、升压电路16、全桥逆变器5、可充放电装置19可以采用本领域已知的能够实现其功能的任何电路形式以实现上述工作模式。其中，整流降压电路15能够实现将交流电整流为直流电输出的功能，并可操作地提供降压直流输出。
图2是本发明的一个优选实施例的在线互动式不间断电源的电路图。如图2所示，DC/AC逆变器1的输入端和可充放电装置19的两端连接，DC/AC逆变器1的输出端和全桥整流电路6的输入端连接，全桥整流电路6包括二极管D1-D4，二极管D1和二极管D3的阳极为全桥整流电路6的输入端，二极管D1的阴极和二极管D2的阳极为全桥整流电路6的输出端，在此定义二极管D1的阴极作为全桥整流电路6的输出端的正极或正极端子，二极管D2的阳极作为全桥整流电路6的输出端的负极或负极端子。升压电路4包括电感L1、二极管D9和金氧半场效晶体管T3，电感L1的一端和金氧半场效晶体管T3的源极作为升压电路4的输入端，升压电路4的输入端和全桥整流电路6的输出端连接，二极管D9的阴极和金氧半场效晶体管T3的源极作为升压电路4的输出端。全桥逆变器5包括金氧半场效晶体管T4-T7，金氧半场效晶体管T4和金氧半场效晶体管T5相连接作为一个桥臂，金氧半场效晶体管T6和金氧半场效晶体管T7相连接作为另一个桥臂，金氧半场效晶体管T4的漏极和金氧半场效晶体管T5的源极作为全桥逆变器5的输入端，并和升压电路4的输出端连接，金氧半场效晶体管T4的源极和金氧半场效晶体管T6的源极作为全桥逆变器5的输出端。电缆7和电缆8作为交流输入端20和交流输出端30之间的电连接回路，交流输入端20和市电连接，交流输出端30和负载（图中未示出）连接，电磁干扰滤波器3连接在交流输入端20和交流输出端30之间，用于过滤市电中的有害高频噪声，在电磁干扰滤波器3和交流输出端30之间还连接有开关切换装置S，开关切换装置S能够选择性地使得交流输入端20和交流输出端30导通，或使得全桥逆变器5的输出端和交流输出端30连接。整流降压电路21包括双向开关9、全桥整流电路11和电感L2，双向开关9包括具有反向并联二极管D7的金氧半场效晶体管T1和具有反向并联二极管D8的金氧半场效晶体管T2，金氧半场效晶体管T1的源极和金氧半场效晶体管T2的源极连接，金氧半场效晶体管T2的漏极和二极管D5的阳极连接，金氧半场效晶体管T1的漏极与位于电磁干扰滤波器3和开关切换装置S之间的电缆7连接，二极管D3的阳极与位于电磁干扰滤波器3和开关切换装置S之间的电缆8连接。全桥整流电路11包括二极管D5、D6、D10和D11，定义全桥整流电路11的输出端中电压高的一个端子为正极端子或正极，电缆7和电缆8通过双向开关9和全桥整流电路11的输入端连接，电感L2的一端连接在全桥整流电路11的输出端的正极端子上，电感L2的另一端和全桥整流电路11的输出端的另一个端子作为整流降压电路21的输出端。充电器2的输入端连接至交流输出端30，充电器2的输出端和可充放电装置19的两端连接，当充电器2工作时，利用交流输出端30的电能对可充放电装置19进行充电。
在本发明的其他实施例中，双向开关9可以替换为双向晶闸管，开关切换装置S可以选择其他任意能够实现导通切换的开关，例如可以是继电器。在另外的实施例中，在线互动式不间断电源可以不具有电磁干扰滤波器3。
以下将结合图3-8说明图2所示的在线互动式不间断电源的工作原理及其控制方法。
图3是图2所示的在线互动式不间断电源在旁路模式下的等效电路图。当交流输入端20的电压等于交流输出端30所需的电压时，说明此时市电正常，控制开关切换装置S使得交流输入端20和交流输出端30导通，同时使得双向开关9断开，DC/AC逆变器1停止工作，升压电路4停止工作，同时使得全桥逆变器5停止工作，交流输入端20直接给交流输出端30供电。如果可充放电装置19两端的电压小于其额定电压或额定电压的某一比例值时，控制充电器2对可充放电装置19进行充电，当可充放电装置19两端的电压等于额定电压或额定电压的某一比例值时，充电器2停止工作。
图4是图2所示的在线互动式不间断电源在后备模式下的等效电路图。此时市电出现故障不提供交流电，控制开关切换装置S使得全桥逆变器5的输出端和交流输出端30连接，控制双向开关9断开，控制金氧半场效晶体管T3处于截止状态使得升压电路4停止工作，同时控制DC/AC逆变器1以脉宽调制方式工作从而将可充放电装置19中的直流电转换为交流电输出，经过全桥整流电路6后在全桥逆变器5的输入端上得到脉动直流电，同时控制全桥逆变器5以脉宽调制方式工作，从而给交流输出端30提供所需的交流电。因此在后备模式下，可以通过可充放电电池B进行放电从而对交流输出端30进行供电。
图5是图2所示的在线互动式不间断电源在在线模式下实现降压的等效电路图。当交流输入端20的电压大于交流输出端30所需的电压时，控制开关切换装置S使得全桥逆变器5的输出端和交流输出端30连接，此时DC/AC逆变器1停止工作，且将金氧半场效晶体管T3截止以使得升压电路4停止工作，此时控制双向开关9以脉宽调制方式工作，给金氧半场效晶体管T1和金氧半场效晶体管T2脉宽调制信号使其同时导通或同时截止，当金氧半场效晶体管T1和金氧半场效晶体管T2同时截止时，全桥整流电路6和全桥整流电路11构成了续流回路，此时整流降压电路21同时实现对交流输入端20的交流电进行整流和降压，从而在全桥逆变器5的输入端上得到脉动直流电，控制全桥逆变器5以脉宽调制方式工作从而在交流输出端30得到所需的交流电压。最终实现稳定输出电压的作用。使得金氧半场效晶体管T1和金氧半场效晶体管T2以脉宽调制方式工作并同时导通或同时截止，能够使得控制方法简单，同时能够减少双向开关9的功耗。在控制双向开关9以脉宽调制方式工作时，还可以在交流输出端20的交流电正半周期内，控制金氧半场效晶体管T2截止，给金氧半场效晶体管T1提供一个脉宽调制信号，在交流输出端20的交流电负半周期内，控制金氧半场效晶体管T1截止，给金氧半场效晶体管T2提供一个脉宽调制信号。在本发明的另一实施例中，还可以通过充电器2对可充放电装置19进行充电，当可充放电装置19两端的电压等于额定电压或额定电压的某一比例值时，充电器2停止工作。
图6是图2所示的在线互动式不间断电源在在线模式下实现升压的等效电路图。当交流输入端20的电压小于交流输出端30所需的电压时，控制开关切换装置S使得全桥逆变器5的输出端和交流输出端30连接，使得DC/AC逆变器1停止工作，使得双向开关9一直处于导通状态，此时整流降压电路12仅对交流输入端20的交流电实现整流目的，交流输入端20的交流电经过全桥整流电路11后转换为直流电，控制升压电路4以脉宽调制方式工作，在升压电路4的输出端得到升压后的脉动直流电，同时控制全桥逆变器5以脉宽调制方式工作在交流输出端30得到所需要的交流电压。在本发明的另一实施例中，还可以通过充电器2对可充放电装置19进行充电，当可充放电装置19两端的电压等于额定电压或额定电压的某一比例值时，充电器2停止工作。
图7是在图2所示的在线互动式不间断电源的交流输出端30连接有容性负载10的电路图，其中容性负载10所需功率小于交流输入端20提供的功率。在本发明的另一个实施例中，在图7中还可以包括用于检测负载情况的检测装置，例如检测负载所需的电压和功率，以及负载的类型等参数，并将检测信号发送至不间断电源的控制装置中，使得控制装置根据该检测信号控制电路的工作模式。本领域的技术人员可知能够采用实现上述功能的任何形式的检测装置。当容性负载10所需功率小于交流输入端20提供的功率时，在交流输入端20的交流电的正旋波峰值点上，容性负载10上的储能会非常的大，从而引起容性负载10两端的波形失真，导致大量的涌流进入全桥逆变器5中，容易造成全桥逆变器5的损坏和寿命的降低，针对该情况，本发明还提供了解决该问题的实施例，下面将结合图8-图12对此进行详细说明。
图8是图7所示的在线互动式不间断电源在在线模式下实现降压时，交流输入端对容性负载进行供电的等效电路图。当交流输入端20的电压大于交流输出端30所需的电压时，由于交流输入端20提供的电功率大于容性负载10所需的功率，此时控制开关切换装置S使得全桥逆变器5的输出端和交流输出端30连接，且使得金氧半场效晶体管T3截止以使得升压电路4一直停止工作，控制充电器2对可充放电装置19进行充电，同时使得DC/AC逆变器1停止工作，控制双向开关9以脉宽调制方式工作从而在全桥逆变器5的输入端得到降压后的脉动直流电，控制全桥逆变器5以脉宽调制方式工作从而在交流输出端30得到所需的交流电压，其中双向开关9的控制方式和图5中的相同，在此不再赘述。
图10是图7所示的在线互动式不间断电源在在线模式下实现降压过程中的时序图，其中图10所示整流降压电路工作状态值高表示双向开关9以脉宽调制方式工作使得整流降压电路12同时实现整流和降压的功能，状态值低表示双向开关9一直处于截止状态，另外DC/AC逆变器工作状态值高表示DC/AC逆变器1以脉宽调制方式工作，状态值低表示DC/AC逆变器1停止工作。在如图8所示的电路的工作期间，由于交流输入端20提供的功率大于容性负载10所需要的功率，控制充电器2一直给可充放电装置19充电使得可充放电装置19上的电压逐渐地增加，从第一阈值电压U1上升到第二阈值电压U2，在此时间段内，整流降压电路21中的双向开关9以脉宽调制方式工作，且DC/AC逆变器1停止工作。当可充放电装置19上的电压升到第二阈值电压U2后，使得双向开关9断开，此时等效电路图如图9所示，控制DC/AC逆变器1以脉宽调制方式工作，从而将可充放电装置19上的直流电转化为交流电输出，经过全桥整流电路6后，在全桥逆变器5的输入端得到脉动直流电，控制全桥逆变器5以脉宽调制方式工作，从而给容性负载10输出所需的交流电。在采用可充放电装置19对容性负载10进行供电过程中，可充放电装置19两端的电压从第二阈值电压U2开始逐渐地减小，当可充放电装置19上的电压减小到第一阈值电压U1后，重新以图8所示的等效电路工作，当可充放电装置19上的电压从第一阈值电压U1增加到第二阈值电压U2后，再次以图9所示的电路下工作。基于图8和图9所示电路的控制方法，当交流输入端20对交流输出端30提供电能时，将交流输入端20中的一部分电能通过充电器2对可充放电装置19进行充电，当可充放电装置19中的电能达到一预定值时，控制交流输入端20不对交流输出端30提供电能，同时通过可充放电装置19对交流输出端30进行供电，从而能够使得容性负载10两端的电压为所需要的正弦交流电压，减小了涌流对全桥逆变器5的冲击和影响。
图11是图7所示的在线互动式不间断电源在在线模式下实现升压时，交流输入端对容性负载进行供电的等效电路图。当交流输入端20的电压小于交流输出端30所需的电压时，由于交流输入端20提供的电功率大于容性负载10所需的功率时，此时控制开关切换装置S使得全桥逆变器5的输出端和交流输出端30连接，控制充电器2对可充放电装置19进行充电，使得可充放电装置19上的电压逐渐地增加，从第一阈值电压U1上升到第二阈值电压U2，在此时间段内等效电路如图11所示，双向开关S处于导通状态（此时等效为导线），升压电路4以脉宽调制方式工作，且DC/AC逆变器1停止工作。当可充放电装置19上的电压升到第二阈值电压U2后，此时等效电路图如图12所示，使得双向开关S断开，使得金氧半场效晶体管T3截止以使得升压电路4停止工作，控制DC/AC逆变器1以脉宽调制方式工作，从而将可充放电装置19上的直流电转化为交流电输出，经过全桥整流电路6后，在全桥逆变器5的输入端得到脉动直流电，控制全桥逆变器5以脉宽调制方式工作，从而给容性负载10输出所需的交流电，在采用可充放电装置19对容性负载10进行供电过程中，可充放电装置19两端的电压从第二阈值电压U2开始逐渐地减小，当可充放电装置19上的电压减小到第一阈值电压U1后，重新以图11所示的电路下工作，当可充放电装置19上的电压从第一阈值电压U1增加到第二阈值电压U2后，再次以图12所示的电路下工作。基于图11和图12所示电路的控制方法，能够使得容性负载10两端的电压为所需要的正弦交流电压，减小了涌流对全桥逆变器5的冲击和影响。
基于图11和图12所示等效电路的控制方法在在线模式下实现升压过程中的时序图与图10基本相同，在此不再赘述。区别在于将图10中的整流降压电路工作状态替换为升压电路工作状态，其中升压电路工作状态值高表示双向开关9处于导通状态且升压电路4以脉宽调制方式工作，升压电路工作状态值低表示双向开关S断开且升压电路4停止工作。
其中，当交流输入端20提供的电功率大于容性负载10所需的功率时，可充放电装置19基于相同的等效电路图（图9和图12）对容性负载10进行供电。
基于图2所示的电路图和上述的控制方法可知，由于图2所示的电路在实际的工作过程中，对交流输入端20的交流电进行整流并降压和对交流输入端20的交流电进行降压并不会同时进行，因此能够减少电感L1和电感L2其中的一个电感。另外，全桥整流电路6和全桥整流电路11也并不会同时分别对DC/AC逆变器1输出的交流电和交流输入端20的交流电进行整流，因此，也可以使得全桥整流电路6和全桥整流电路11共用其中的两个二极管。
图13是本发明第二个实施例的在线式不间断电源的电路图，与图2基本相同，区别在于少了电感L2，二极管D10和二极管D11，二极管D3、D4、D5和D6构成全桥整流电路22，电缆7和电缆8通过双向开关9连接在全桥整流电路22的输入端。其中图13所示的不间断电源的控制方法和图2所示的不间断电源的控制方法相同，在此不再赘述。通过共用电感L1，以及共用二极管D3和二极管D4，从而使得本实施例的在线互动式不间断电源的元器件少，成本低，耗能低。
图14是本发明第三个实施例的在线互动式不间断电源的电路图。其与图13基本相同，区别在于，相比于图13缺少了双向开关9，增加了金氧半场效晶体管T8和二极管D12，电缆7直接连接在二极管D5的阳极，金氧半场效晶体管T8、二极管D12和电感L1构成降压电路13，降压电路13和升压电路4共用电感L1。此时全桥整流电路22和降压电路13构成一个整流降压电路，用于将交流输入端20的交流电进行整流并降压输出。通过共用电感L1，以及共用二极管D3和二极管D4，从而使得本实施例的在线互动式不间断电源的元器件少，成本低。在本发明的其他实施例中，降压电路13和升压电路4也可以不共用电感L1。
本领域的技术人员可知，还可以采用IGBT代替上述实施例中的金氧半场效晶体管。
虽然本发明已经通过优选实施例进行了描述，然而本发明并非局限于这里所描述的实施例，在不脱离本发明范围的情况下还包括所作出的各种改变以及变化。

Claims (11)

1.一种在线互动式不间断电源，其特征在于，包括：
交流输入端和交流输出端；
可充放电装置；
DC/AC逆变器，所述DC/AC逆变器的输入端和所述可充放电装置的两端连接；
整流电路，所述整流电路的输入端和所述DC/AC逆变器的输出端连接；
全桥逆变器，所述全桥逆变器的输入端连接在所述整流电路的输出端；
电容，所述电容的两端连接在所述全桥逆变器的输入端上；
开关切换装置，所述开关切换装置择一地使得所述交流输入端与所述交流输出端连接或使得所述全桥逆变器的输出端与所述交流输出端连接；
充电器，所述充电器的输入端与所述交流输出端连接，所述充电器的输出端与所述可充放电装置的两端连接；
升压电路，所述升压电路的输出端连接在所述全桥逆变器的输入端；以及
整流降压电路，其被控制用于提供整流输出或整流降压输出，所述整流降压电路的输入端和所述交流输入端连接，所述整流降压电路可操作地给所述升压电路或所述全桥逆变器提供脉动直流电。
2.根据权利要求1所述的在线互动式不间断电源，其特征在于，所述整流降压电路包括双向开关、第一全桥整流电路和电感，所述第一全桥整流电路具有输入端和输出端，所述交流输入端的通过所述双向开关连接在所述第一全桥整流电路的输入端，所述电感的一端连接在所述第一全桥整流电路的输出端的正极，所述电感的另一端和所述第一全桥整流电路的输出端的负极作为所述整流降压电路的输出端。
3.根据权利要求2所述的在线互动式不间断电源，其特征在于，所述双向开关包括具有反向并联二极管的第一金氧半场效晶体管和具有反向并联二极管的第二金氧半场效晶体管，所述第一金氧半场效晶体管的源极和所述第二金氧半场效晶体管的源极连接，所述第一金氧半场效晶体管的漏极连接在所述交流输入端的一个端子上，所述第二金氧半场效晶体管的漏极连接在所述第一全桥整流电路的输入端的一个端子上，所述第一全桥整流电路的输入端的另一个端子连接至所述交流输入端的另一个端子。
4.根据权利要求2或3所述的在线互动式不间断电源，其特征在于，所述电感构成所述升压电路的一部分，所述升压电路通过所述电感实现升压。
5.根据权利要求1所述的在线互动式不间断电源，其特征在于，所述整流降压电路包括第一全桥整流电路和降压电路，所述第一全桥整流电路具有输入端和输出端，所述第一全桥整流电路的输入端和所述交流输入端连接，所述第一全桥整流电路的输出端和所述降压电路的输入端连接，所述降压电路的输出端作为所述整流降压电路的输出端。
6.根据权利要求2、3或5任一项所述的在线互动式不间断电源，其特征在于，所述整流电路包括第二全桥整流电路，所述第一全桥整流电路和所述第二全桥整流电路共用两个二极管。
7.根据权利要求1所述的在线互动式不间断电源，其特征在于，所述可充放电装置包括保护开关、储能电容和可充放电电池，所述保护开关与所述可充放电电池串联后与所述储能电容并联。
8.一种用于权利要求1至7任一项所述的在线互动式不间断电源的控制方法，其特征在于，当所述交流输入端的电压大于所述交流输出端所需的电压时，控制所述开关切换装置使得所述全桥逆变器的输出端与所述交流输出端连接，控制所述DC/AC逆变器停止工作，控制所述整流降压电路将所述交流输入端的交流电整流并降压后给所述全桥逆变器提供脉动直流电，控制所述全桥逆变器以脉宽调制方式工作从而给所述交流输出端提供所需的交流电。
9.一种用于权利要求1至7任一项所述的在线互动式不间断电源的控制方法，其特征在于，当所述交流输入端的电压小于所述交流输出端所需的电压时，控制所述开关切换装置使得所述全桥逆变器的输出端与所述交流输出端连接，控制所述DC/AC逆变器停止工作，控制所述整流降压电路将所述交流输入端的交流电整流后给所述升压电路提供脉动直流电，并控制所述升压电路和所述全桥逆变器以脉宽调制方式工作从而给所述交流输出端提供所需的交流电。
10.一种用于权利要求1至7任一项所述的在线互动式不间断电源的控制方法，其特征在于，当所述交流输入端的电压大于所述交流输出端所需的电压时，且所述交流输出端连接有所需功率小于所述交流输入端提供的功率的容性负载时，控制所述开关切换装置使得所述全桥逆变器的输出端与所述交流输出端连接，控制所述全桥逆变器以脉宽调制方式工作，控制所述充电器对所述可充放电装置进行充电，并交替进行如下两个步骤，
控制所述DC/AC逆变器停止工作，并控制所述整流降压电路将所述交流输入端的交流电整流并降压后给所述全桥逆变器提供脉动直流电，使得所述可充放电装置两端的电压从第一阈值电压增加到大于所述第一阈值电压的第二阈值电压，并对所述交流输出端提供所需的交流电；
控制所述整流降压电路停止工作，同时控制所述DC/AC逆变器以脉宽调制方式工作，使得所述可充放电装置两端的电压从所述第二阈值电压降低到所述第一阈值电压，并对所述交流输出端提供所需的交流电。
11.一种用于权利要求1至7任一项所述的在线互动式不间断电源的控制方法，其特征在于，当所述交流输入端的电压小于所述交流输出端所需的电压时，且所述交流输出端连接有所需功率小于所述交流输入端提供的功率的容性负载时，控制所述开关切换装置使得所述全桥逆变器的输出端与所述交流输出端连接，控制所述全桥逆变器以脉宽调制方式工作，控制所述充电器对所述可充放电装置进行充电，并交替进行如下两个步骤，
控制所述DC/AC逆变器停止工作，控制所述整流降压电路将所述交流输入端的交流电整流后给所述升压电路提供脉动直流电，使得所述可充放电装置两端的电压从第一阈值电压增加到大于所述第一阈值电压的第二阈值电压，并控制所述升压电路以脉宽调制方式工作对所述交流输出端提供所需的交流电；
控制所述整流降压电路停止工作，同时控制所述DC/AC逆变器以脉宽调制方式工作，使得所述可充放电装置两端的电压从所述第二阈值电压降低到所述第一阈值电压，并对所述交流输出端提供所需的交流电。
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