CN105141153B - 一种三相整流升压电路及其控制方法以及不间断电源 - Google Patents

一种三相整流升压电路及其控制方法以及不间断电源 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种三相整流升压电路及其控制方法以及不间断电源，包括正电池组、负电池组、一整流升压模块；所述整流升压模块包括第一双向晶闸管、第二双向晶闸管、第三双向晶闸管、第四双向晶闸管、第一单向晶闸管、第二单向晶闸管、第一电感、第二电感、第三电感、三相全控整流桥、第一电容、第二电容。本发明无需通过平衡装置即可在电池运行升压模式下，保证正负母线电压的平衡，提高了三相整流升压电路在电池运行升压模式下的效率和可靠性。

Description

一种三相整流升压电路及其控制方法以及不间断电源
技术领域
本发明涉及整流升压模块及不间断电源领域，特别是一种三相整流升压电路及其控制方法、不间断电源。
背景技术
目前现有的三相不间断电源（简称UPS）产品中，一般采用单电池组挂接的三相半桥整流升压拓扑，在电池态升压模式下，只能控制正负母线电压之和，为了维持正负母线电压之间的平衡，通常通过增加一平衡装置维持正负母线电压的平衡，如说明书附图1所示，通过额外增加的平衡装置不仅增加了成本，也增加了电路的复杂性，降低了电池态下升压的可靠性，同时，平衡装置在维持正负母线电压平衡时，产生了额外的功耗，降低了电池态升压模式下的效率。
另外，单电池组挂接方式的电池组负极接于母线负极的整流升压拓扑如说明书附图2所示，包括应用于两电平和三电平的拓扑,然而在模块化UPS中，多模块UPS需共用电池组且各模块UPS之间的正负母线独立，因此该拓扑无法应用于模块化UPS中。
模块化UPS具有功率扩容灵活性高、易于在线维护等优点，目前已广泛应用于银行、通信和数据中心等领域，是未来高频UPS的主流发展方向。模块化UPS中一般采用双电池组挂接的三相正负双Boost整流升压拓扑如说明书附图3所示，采用该拓扑可以实现多个模块共享电池组且各模块之间的正负母线独立，但与单电池组挂接的三相半桥UPS整流升压拓扑相比，增加了三个电感和三个晶闸管。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的是提出一种三相整流升压电路及其控制方法以及不间断电源，无需通过平衡装置即可在电池运行升压模式下，保证正负母线电压的平衡，提高了其电池运行升压模式下的效率和可靠性。
本发明采用以下方案实现：一种三相整流升压电路，包括正电池组、负电池组、一整流升压模块；所述整流升压模块包括第一双向晶闸管、第二双向晶闸管、第三双向晶闸管、第四双向晶闸管、第一单向晶闸管、第二单向晶闸管、第一电感、第二电感、第三电感、三相全控整流桥、第一电容、第二电容；所述第一双向晶闸管的一端、所述第二双向晶闸管的一端、所述第三双向晶闸管的一端分别对应接至三相电第一相、三相电第二相、三相电第三相，所述第一单向晶闸管的阳极、所述第二单向晶闸管的阴极分别对应连接至所述正电池组的正端、所述负电池组的负端，所述正电池组的负端、所述负电池组的正端、所述第四双向晶闸管的一端均连接至三相电的零线；所述第一单向晶闸管的阴极与所述第一双向晶闸管的另一端均连接至所述第一电感的一端，所述第二双向晶闸管的另一端与所述第四双向晶闸管的另一端均连接至所述第二电感的一端，所述第三双向晶闸管的另一端与所述第二单向晶闸管的阳极均连接至所述第三电感的一端，所述第一电感的另一端、第二电感的另一端、第三电感的另一端分别连接至所述三相全控整流桥的三相输入端，所述三相全控整流桥的两个输出端分别连接至所述第一电容的一端与所述第二电容的一端，所述第一电容的另一端与所述第二电容的另一端均连接至三相电的零线。
进一步的，所述的三相全控整流桥为三相桥式双电平拓扑，包括第一开关器件、第二开关器件、第三开关器件、第四开关器件、第五开关器件、第六开关器件；所述第一开关器件、第三开关器件、第五开关器件的集电极或漏极相连并作为所述三相全控整流桥的第一输出端，所述第二开关器件、第四开关器件、第六开关器件的发射极或源极相连并作为所述三相全控整流桥的第二输出端，所述第一开关器件的发射极或源极与所述第二开关器件的集电极或漏极相连并作为所述三相全控整流桥的第一相输入端，所述第三开关器件的发射极或源极与所述第四开关器件的集电极或漏极相连并作为所述三相全控整流桥的第二相输入端，所述第五开关器件的发射极或源极与所述第六开关器件的集电极或漏极相连并作为所述三相全控整流桥的第三相输入端。
进一步的，所述的三相全控整流桥为三相半桥I型三电平拓扑或者三相半桥T型三电平拓扑。
其中，所述的三相半桥I型三电平拓扑包括第一至第十二开关器件至、第一至第六二极管至，其中第一开关器件的发射极或源极、第二开关器件的集电极或漏极均与第一二极管的阴极相连，第五开关器件的发射极或源极、第六开关器件的集电极或漏极均与第三二极管的阴极相连，第九开关器件的发射极或源极、第十开关器件的集电极或漏极均与第五二极管的阴极相连，第三开关器件的发射极或源极、第四开关器件的集电极或漏极均与第二二极管的阳极相连，第七开关器件的发射极或源极、第八开关器件的集电极或漏极均与第四二极管的阳极相连，第十一开关器件的发射极或源极、第十二开关器件的集电极或漏极均与第六二极管的阳极相连，第一二极管的阳极与第二二极管的阴极相连，第三二极管的阳极与第四二极管的阴极相连，第五二极管的阳极与第六二极管的阴极相连；第一开关器件的集电极或漏极、第五开关器件的集电极或漏极、第九开关器件的集电极或漏极相连并作为所述三相全控整流桥的第一输出端，第四开关器件的发射极或源极、第八开关器件的发射极或源极、第十二开关器件的发射极或源极相连并作为所述三相全控整流桥的第二输出端，第二开关器件的发射极或源极与第三开关器件的集电极或漏极相连并作为所述三相全控整流桥的第一相输入端，第六开关器件的发射极或源极与第七开关器件的集电极或漏极相连并作为所述三相全控整流桥的第二相输入端，第十开关器件的发射极或源极与第十一开关器件的集电极或漏极相连并作为所述三相全控整流桥的第三相输入端，第一二极管的阳极、第三二极管的阳极、第五二极管的阳极均连接至三相电零线。
其中，所述的三相半桥T型三电平拓扑包括第一至第六二极管、第一至第六开关器件；第一开关器件的发射极或源极与第二开关器件的发射极或源极相连，第三开关器件的发射极或源极与第四开关器件的发射极或源极相连，第五开关器件的发射极或源极与第六开关器件的发射极或源极相连；其中第一二极管的阴极、第三二极管的阴极、第五二极管的阴极相连并作为所述三相全控整流桥的第一输出端，第二二极管的阳极、第四二极管的阳极、第六二极管的阳极相连并作为所述三相全控整流桥的第二输出端，第一二极管的阳极、第二二极管的阴极、第一开关器件的集电极或漏极相连并作为所述三相全控整流桥的第一相输入端，第三二极管的阳极、第四二极管的阴极、第三开关器件的集电极或漏极相连并作为所述三相全控整流桥的第二相输入端，第五二极管的阳极、第六二极管的阴极、第五开关器件的集电极或漏极相连并作为所述三相全控整流桥的第三相输入端，第二开关器件的集电极或漏极、第四开关器件的集电极或漏极、第六开关器件的集电极或漏极均连接至三相电零线。
进一步的，所述第一双向晶闸管、第二双向晶闸管、第三双向晶闸管、第一电感、第二电感、第三电感、第一开关器件、第二开关器件、第三开关器件、第四开关器件、第五开关器件、第六开关器件、第一电容、第二电容构成市电运行模式下的整流升压功率级电路；
所述正电池组、负电池组、第一单向晶闸管、第二单向晶闸管、第一电感、第三电感、第一开关器件、第二开关器件、第五开关器件、第六开关器件、第一电容、第二电容构成电池运行模式下的整流升压功率级电路。
本发明还提供了一种如上文所述的三相整流升压电路的控制方法，市电正常时，控制第一双向晶闸管、第二双向晶闸管、第三双向晶闸管处于闭合状态，控制第一单向晶闸管、第二单向晶闸管、第四双向晶闸管处于断开状态，此时所述三相整流升压电路工作于市电运行模式；
市电异常时，控制第一双向晶闸管、第二双向晶闸管、第三双向晶闸管、第一开关器件、第六开关器件处于断开状态，控制第一单向晶闸管、第二单向晶闸管处于闭合状态，此时所述三相整流升压电路工作于电池运行模式。
进一步的，所述三相整流升压电路工作于市电运行模式具体包括以下阶段：
当三相电第一相电压处于正半周期内，控制第一开关器件处于关断状态；第一阶段，控制第二开关器件处于导通状态，三相电第一相电压经过第一双向晶闸管、第一电感、第二开关器件、第二电容组成回路对第一电感储存电能；第二阶段，控制第二开关器件处于关断状态，第一电感放电，第一电感放电的电流经过第一开关器件的体二极管、第一电容、第一双向晶闸管回到第一电感，第一电容充电；
当三相电第一相电压处于负半周期，控制第二开关器件处于关断状态；第三阶段，控制第一开关器件处于导通状态，三相电第一相电压经过第一双向晶闸管、第一电感、第一开关器件、第一电容组成回路对第一电感储存电能；第四阶段控制第一开关器件处于关断状态，第一电感放电，第一电感放电的电流经过第二开关器件的体二极管、第二电容、第一双向晶闸管回到第一电感，第二电容充电；
当三相电第二相电压处于正半周期，控制第三开关器件处于关断状态；第一阶段，控制第四开关器件处于导通状态，三相电第二相电压经过第二双向晶闸管、第二电感、第四开关器件、第二电容组成回路对第二电感储存电能；第二阶段，控制第四开关器件处于关断状态，第二电感放电，第二电感放电的电流经过第三开关器件的体二极管、第一电容、第二双向晶闸管回到第二电感，第一电容充电；
当三相电第二相电压处于负半周期，控制第四开关器件处于关断状态；第三阶段，控制第三开关器件处于导通状态，三相电第二相电压经过第二双向晶闸管、第二电感、第三开关器件、第一电容组成回路对第二电感储存电能；第四阶段控制第三开关器件处于关断状态，第二电感放电，第二电感放电的电流经过第四开关器件的体二极管、第二电容、第二双向晶闸管回到第二电感，第二电容充电；
当三相电第三相电压处于正半周期，控制第五开关器件处于关断状态；第一阶段，控制第六开关器件处于导通状态，三相电地三相电压经过第三双向晶闸管、第三电感、第六开关器件、第二电容组成回路对第三电感储存电能；第二阶段，控制第六开关器件处于关断状态，第三电感放电，第三电感放电的电流经过第五开关器件的体二极管、第一电容、第三双向晶闸管回到第三电感，第一电容充电；
当三相电第三相电压处于负半周期，控制第六开关器件处于关断状态；第三阶段，控制第五开关器件处于导通状态，三相电地三相电压经过第三双向晶闸管、第二电感、第五开关器件、第一电容1组成回路对第三电感储存电能；第四阶段控制第三开关器件处于关断状态，第三电感放电，第三电感放电的电流经过第六开关器件的体二极管、第二电容、第三双向晶闸管回到第三电感，第二电容充电。
进一步的，所述三相整流升压电路工作于电池运行模式具体包括以下阶段：
第一阶段，控制第二开关器件、第五开关器件处于导通状态，此时正电池组、第一单向晶闸管、第一电感、第二开关器件、第二电容组成回路对第一电感储存电能；负电池组、第一电容、第五开关器件、第三电感、第二单向晶闸管组成回路对第三电感储存电能；
第二阶段，控制第二开关器件、第五开关器件处于断开状态，此时第一电感放电，第一电感放电的电流经过第一开关器件的体二极管、第一电容、正电池组、第一单向晶闸管回到第一电感，第一电容充电；第三电感放电，第三电感放电的电流经过第二单向晶闸管、负电池组、第二电容、第六开关器件体二极管回到第三电感，第二电容充电。
进一步的，当所述三相整流升压电路工作于电池运行模式时，控制第四双向晶闸管、第二电感、第三开关器件、第四开关器件组成的平衡桥电路工作,用以保证所述正电池组、负电池组的剩余容量保持一致以及正负直流母线上的负载平衡。
进一步的，控制第四双向晶闸管、第二电感、第三开关器件、第四开关器件组成的平衡桥电路工作具体包括以下步骤：
步骤S1：实时检测正电池组的电流值、负电池组的电流值、正电池组的电压值、负电池组的电压值；
步骤S2：根据步骤S1计算出正电池组剩余容量值、负电池组剩余容量、正电池组剩余容量值与负电池组剩余容量的比值K,其中K≥0；
步骤S3：根据K值的大小，控制第四双向晶闸管、第三开关器件、第四开关器件工作。
进一步的，所述步骤S3具体为：
当0≤K<1时，控制第四双向晶闸管处于导通状态、第三开关器件处于断开状态；第一阶段，控制第四开关器件处于导通状态，第四开关器件、第二电容、第四双向晶闸管、第二电感组成回路对第二电感储存电能；第二阶段，控制第四开关器件处于断开状态，第一电容、第四双向晶闸管、第二电感、第三开关器件的体二极管组成回路，第一电容充电；
当K=1时，控制第四双向晶闸管、第三开关器件、第四开关器件均处于断开状态；
当K＞1时，控制第四双向晶闸管处于导通状态、第四开关器件处于断开状态；第一阶段，控制第三开关器件处于导通状态，第一电容、第三开关器件、第二电感、第四双向晶闸管组成回路对第二电感储存电能；第二阶段，控制第三开关器件处于断开状态，第四开关器件的体二极管、第二电感、第四双向晶闸管、第二电容组成回路，第二电容充电。
特别的，本发明还提供了一种基于上文所述的三相整流升压电路的不间断电源，包括所述三相整流升压电路、逆变模块，所述逆变模块的输入端与所述三相全控整流桥的输出端相连。
与现有技术相比，本发明有以下有益效果。
（1）本发明提出的整流升压电路在市电运行模式和电池运行模式下共用电感、开关管（如IGBT）等功率器件，通过共用拓扑中的器件，在不同工况下实现不同的功能，实现了功率级器件的复用，减少器件数量，提升了电路的功率密度，降低了电路成本。
（2）本发明提出的整流升压电路采用双电池组，不同设备间可以共用电池组，减少电池的配置，增加应用范围。
（3）本发明提出的整流升压电路在电池运行模式下正负母线独立升压，无需额外增加平衡装置即可实现正负母线的平衡，允许正负母线带不平衡负载，提高了电池模式的可靠性，降低了成本。
（4）本发明提出的整流升压电路在市电运行时处于半桥工作模式，输入电压电流可四相限运行，整流器同时具备升压和回馈能力，提高设备的适用范围。
（5）本发明通过增加一第四双向晶闸管SCR6，共用整流升压拓扑中的第二电感L2、第三开关三极管Q3、第四开关三极管Q4，实现平衡功能，一方面可以保证正电池组BAT+、负电池组BAT+的剩余容量保持一致，另一方面可以通过控制平衡桥保证正负直流母线上的负载平衡。
附图说明
图1为现有技术带有平衡装置单电池组挂接的三相桥式双电平整流升压拓扑。
图2为现有技术单电池组挂接的三相桥臂整流升压拓扑。
图3为现有技术双电池组挂接的三相正负双Boost整流升压拓扑。
图4为本发明提出的三相整流升压电路。
图5为本发明实施例1中双电池挂接的三相桥式双电平整流升压拓扑。
图6为本发明实施例1的三相整流升压电路工作于市电运行模式等效示意图。
图7为三相电第一相电压处于正半周期，整流升压第一阶段工作原理图。
图8为三相电第一相电压处于正半周期，整流升压第二阶段工作原理图。
图9为三相电第一相电压处于负半周期，整流升压第三阶段工作原理图。
图10为三相电第一相电压处于负半周期，整流升压第四阶段工作原理图。
图11为电池运行模式，正电池组BAT+整流升压第一阶段工作原理图。
图12为电池运行模式，负电池组BAT-整流升压第一阶段工作原理图。
图13为电池运行模式下，正电池组BAT+整流升压第二阶段工作原理图。
图14为电池运行模式下，负电池组BAT-整流升压第二阶段工作原理图。
图15为当0≤K<1时平衡桥第一阶段工作原理图。
图16为当0≤K<1时平衡桥第二阶段工作原理图。
图17为当K＞1时，平衡桥第一阶段工作原理图。
图18为当K＞1时，平衡桥第二阶段工作原理图。
图19为本发明实施例2双电池挂接的三相半桥I型三电平整流升压部分拓扑。
图20为本发明实施例3双电池挂接的三相半桥T型三电平整流升压部分拓扑。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明做进一步说明。
实施例1。
如图4所示，本实施例提供了一种三相整流升压电路，包括正电池组BAT+、负电池组BAT-、一整流升压模块；所述的整流升压模块包括第一双向晶闸管SCR1、第二双向晶闸管SCR2、第三双向晶闸管SCR3、第四双向晶闸管SCR6、第一单向晶闸管SCR4、第二单向晶闸管SCR5、第一电感L1、第二电感L2、第三电感L3、三相全控整流桥、第一电容C1、第二电容C2；所述第一双向晶闸管SCR1的一端、所述第二双向晶闸管SCR2的一端、所述第三双向晶闸管SCR3的一端分别对应接至三相电第一相、三相电第二相、三相电第三相的一端，所述第一单向晶闸管SCR4的阳极、所述第二单向晶闸管SCR5的阴极分别对应连接至所述正电池组BAT+的正端、所述负电池组BAT-的负端，所述正电池组BAT+的负端、所述负电池组BAT-的正端、所述第四双向晶闸管SCR6的一端均连接至三相电的零线；所述第一单向晶闸管SCR4的阴极与所述第一双向晶闸管SCR1的另一端均连接至所述第一电感L1的一端，所述第二双向晶闸管SCR2的另一端与所述第四双向晶闸管SCR6的另一端均连接至所述第二电感L2的一端，所述第三双向晶闸管SCR3的另一端与所述第二单向晶闸管SCR5的阳极均连接至所述第三电感L3的一端，所述第一电感L1的另一端、第二电感L2的另一端、第三电感L3的另一端分别连接至所述三相全控整流桥的三相输入端，所述三相全控整流桥的两个输出端分别连接至所述第一电容C1的一端与所述第二电容C2的一端，所述第一电容C1的另一端与所述第二电容C2的另一端均连接至三相电的零线。
在本实施例中，如图5所示，所述的三相全控整流桥为三相半桥双电平拓扑，包括第一开关三极管Q1及其体二极管D1、第二开关三极管Q2及其体二极管D2、第三开关三极管Q3及其体二极管D3、第四开关三极管Q4及其体二极管D4、第五开关三极管Q5及其体二极管D5、第六开关三极管Q6及其体二极管D6；所述第一开关三极管Q1、第三开关三极管Q3、第五开关三极管Q5的集电极相连并作为所述三相全控整流桥的第一输出端，所述第二开关三极管Q2、第四开关三极管Q4、第六开关三极管Q6的发射极相连并作为所述三相全控整流桥的第二输出端，所述第一开关三极管Q1的发射极与所述第二开关三极管Q2的集电极相连并作为所述三相全控整流桥的第一相输入端，所述第三开关三极管Q3的发射极与所述第四开关三极管Q4的集电极相连并作为所述三相全控整流桥的第二相输入端，所述第五开关三极管Q5的发射极与所述第六开关三极管Q6的集电极相连并作为所述三相全控整流桥的第三相输入端。
在本实施例中，如图6所示，所述第一双向晶闸管SCR1、第二双向晶闸管SCR2、第三双向晶闸管SCR3、第一电感L1、第二电感L2、第三电感L3、第一开关三极管Q1、第二开关三极管Q2、第三开关三极管Q3、第四开关三极管Q4、第五开关三极管Q5、第六开关三极管Q6、第一电容C1、第二电容C2构成市电运行模式下的整流升压功率级电路；
所述正电池组BAT+、负电池组BAT-、第一单向晶闸管SCR4、第二单向晶闸管SCR5、第四双向晶闸管SCR6、第一电感L1、第二电感、第三电感L3、第一开关三极管Q1、第二开关三极管Q2、第五开关三极管Q5、第六开关三极管Q6、第一电容C1、第二电容C2构成电池运行模式下的整流升压功率级电路。
本实施例还提供了一种如上文所述的三相整流升压电路的控制方法，具体为：
市电正常时，控制第一双向晶闸管SCR1、第二双向晶闸管SCR2、第三双向晶闸管SCR3处于闭合状态，控制第一单向晶闸管SCR4、第二单向晶闸管SCR5、第四双向晶闸管SCR6处于断开状态，此时所述三相整流升压电路工作于市电运行模式；
市电异常时，控制第一双向晶闸管SCR1、第二双向晶闸管SCR2、第三双向晶闸管SCR3、第一开关三极管Q1、第六开关三极管Q6处于断开状态，控制第一单向晶闸管SCR4、第二单向晶闸管SCR5处于闭合状态，此时所述三相整流升压电路工作于电池运行模式。
在本实施例中，所述三相整流升压电路工作于市电运行模式具体包括以下阶段：
当三相电第一相电压处于正半周期内，控制第一开关三极管Q1处于关断状态；第一阶段，如图7所示，控制第二开关三极管Q2处于导通状态，三相电第一相电压经过第一双向晶闸管SCR1、第一电感L1、第二开关三极管Q2、第二电容C2组成回路对第一电感L1储存电能；第二阶段，如图8所示，控制第二开关三极管Q2处于关断状态，第一电感L1放电，第一电感L1放电的电流经过第一开关三极管Q1的体二极管、第一电容C1、第一双向晶闸管SCR1回到第一电感L1，第一电容C1充电；
当三相电第一相电压处于负半周期，控制第二开关三极管Q2处于关断状态；第三阶段，如图9所示，控制第一开关三极管Q1处于导通状态，三相电第一相电压经过第一双向晶闸管SCR1、第一电感L1、第一开关三极管Q1、第一电容C1组成回路对第一电感L1储存电能； 如图10所示，第四阶段控制第一开关三极管Q1处于关断状态，第一电感L1放电，第一电感L1放电的电流经过第二开关三极管Q2的体二极管、第二电容C2、第一双向晶闸管SCR1回到第一电感L1，第二电容C2充电；
当三相电第二相电压处于正半周期，控制第三开关三极管Q3处于关断状态；第一阶段，控制第四开关三极管Q4处于导通状态，三相电第二相电压经过第二双向晶闸管SCR2、第二电感L2、第四开关三极管Q4、第二电容C2组成回路对第二电感L2储存电能；第二阶段，控制第四开关三极管Q4处于关断状态，第二电感L2放电，第二电感L2放电的电流经过第三开关三极管Q3的体二极管、第一电容C1、第二双向晶闸管SCR2回到第二电感L2，第一电容C1充电；
当三相电第二相电压处于负半周期，控制第四开关三极管Q4处于关断状态；第三阶段，控制第三开关三极管Q3处于导通状态，三相电第二相电压经过第二双向晶闸管SCR2、第二电感L2、第三开关三极管Q3、第一电容C1组成回路对第二电感L2储存电能；第四阶段控制第三开关三极管Q3处于关断状态，第二电感L2放电，第二电感L2放电的电流经过第四开关三极管Q4的体二极管、第二电容C2、第二双向晶闸管SCR2回到第二电感L2，第二电容C2充电；
当三相电第三相电压处于正半周期，控制第五开关三极管Q5处于关断状态；第一阶段，控制第六开关三极管Q6处于导通状态，三相电第三相电压经过第三双向晶闸管SCR3、第三电感L3、第六开关三极管Q6、第二电容C2组成回路对第三电感L3储存电能；第二阶段，控制第六开关三极管Q6处于关断状态，第三电感L3放电，第三电感L3放电的电流经过第五开关三极管Q5的体二极管、第一电容C1、第三双向晶闸管SCR3回到第三电感L3，第一电容C1充电；
当三相电第三相电压处于负半周期，控制第六开关三极管Q6处于关断状态；第三阶段，控制第五开关三极管Q5处于导通状态，三相电第三相电压经过第三双向晶闸管SCR3、第二电感L2、第五开关三极管Q5、第一电容C1组成回路对第三电感L3储存电能；第四阶段控制第三开关三极管Q3处于关断状态，第三电感L3放电，第三电感L3放电的电流经过第六开关三极管Q6的体二极管、第二电容C2、第三双向晶闸管SCR3回到第三电感L3，第二电容C2充电。
在本实施例中，所述三相整流升压电路工作于电池运行模式具体包括以下阶段：
第一阶段，控制第二开关三极管Q2、第五开关三极管Q5处于导通状态，此时如图11所示，正电池组BAT+、第一单向晶闸管SCR4、第一电感L1、第二开关三极管Q2、第二电容C2组成回路对第一电感L1储存电能；如图12所示，负电池组BAT-、第一电容C1、第五开关三极管Q5、第三电感L3、第二单向晶闸管SCR5组成回路对第三电感L3储存电能；
第二阶段，控制第二开关三极管Q2、第五开关三极管Q5处于断开状态，此时如图13所示，第一电感L1放电，第一电感L1放电的电流经过第一开关三极管Q1的体二极管、第一电容C1、正电池组BAT+、第一单向晶闸管SCR4回到第一电感L1，第一电容C1充电；如图14所示，第三电感L3放电，第三电感L3放电的电流经过第二单向晶闸管SCR5、负电池组BAT-、第二电容C2、第六开关三极管Q2体二极管回到第三电感L3，第二电容C2充电。
特别的，当所述三相整流升压电路工作于电池运行模式时，控制第四双向晶闸管SCR6、第二电感L2、第三开关三极管Q3、第四开关三极管Q4组成的平衡桥电路工作,用以保证所述正电池组BAT+、负电池组BAT+的剩余容量保持一致以及正负直流母线上的负载平衡。
进一步地，控制第四双向晶闸管SCR6、第二电感L2、第三开关三极管Q3、第四开关三极管Q4组成的平衡桥电路工作具体包括以下步骤：
步骤S1：实时检测正电池组BAT+的电流值IBAT+、负电池组BAT+的电流值IBAT-、正电池组BAT+的电压值UBAT+、负电池组BAT+的电压值UBAT-；
步骤S2：根据步骤S1计算出正电池组BAT+剩余容量值QBAT+、负电池组BAT+剩余容量QBAT-、正电池组BAT+剩余容量值QBAT+与负电池组BAT+剩余容量QBAT-的比值K,其中K≥0；
步骤S3：根据K值的大小，控制第四双向晶闸管SCR6、第三开关三极管Q3、第四开关三极管Q4工作。
在本实施例中，所述步骤S3具体为：
当0≤K<1时，控制第四双向晶闸管SCR6、第三开关三极管Q3处于断开状态；第一阶段，如图15所示，控制第四开关三极管Q4处于导通状态，第四开关三极管Q4、第二电容C2、第四双向晶闸管SCR6、第二电感L2组成回路对第二电感L2储存电能；第二阶段，如图16所示，控制第四开关三极管Q4处于断开状态，第一电容C1、第四双向晶闸管SCR6、第二电感L2、第三开关三极管Q3的体二极管组成回路，第一电容C1充电；
当K=1时，控制第三开关三极管Q3、第四开关三极管Q4处于断开状态；
当K＞1时，控制第四双向晶闸管SCR6处于导通状态、第四开关三极管Q4处于断开状态；第一阶段，如图17所示，控制第三开关管Q3处于导通状态，第一电容C1、第三开关三极管Q3、第二电感L2、第四双向晶闸管SCR6组成回路对第二电感L2储存电能；第二阶段，如图18所示，控制第三开关三极管Q3处于断开状态，第四开关三极管Q4的体二极管、第二电感L2、第四双向晶闸管SCR6、第二电容C2组成回路，第二电容C2充电。
实施例2。
如图19所示，本实施例提供了一种三相整流升压电路，包括正电池组BAT+、负电池组BAT-、一整流升压模块；所述的整流升压模块包括第一双向晶闸管SCR1、第二双向晶闸管SCR2、第三双向晶闸管SCR3、第四双向晶闸管SCR6、第一单向晶闸管SCR4、第二单向晶闸管SCR5、第一电感L1、第二电感L2、第三电感L3、三相全控整流桥、第一电容C1、第二电容C2；所述第一双向晶闸管SCR1的一端、所述第二双向晶闸管SCR2的一端、所述第三双向晶闸管SCR3的一端分别接至三相电第一相、三相电第二相、三相电第三相的一端，所述第一单向晶闸管SCR4的阳极、所述第二单向晶闸管SCR5的阴极分别连接至所述正电池组BAT+的正端、所述负电池组BAT-的负端，所述正电池组BAT+的负端、所述负电池组BAT-的正端、所述第四双向晶闸管SCR6的一端均连接至三相电的零线；所述第一单向晶闸管SCR4的阴极与所述第一双向晶闸管SCR1的另一端均连接至所述第一电感L1的一端，所述第二双向晶闸管SCR2的另一端与所述第四双向晶闸管SCR6的另一端均连接至所述第二电感L2的一端，所述第三双向晶闸管SCR3的另一端与所述第二单向晶闸管SCR5的阳极均连接至所述第三电感L3的一端，所述第一电感L1的另一端、第二电感L2的另一端、第三电感L3的另一端分别连接至所述三相全控整流桥的三相输入端，所述三相全控整流桥的两个输出端分别连接至所述第一电容C1的一端与所述第二电容C2的一端，所述第一电容C1的另一端与所述第二电容C2的另一端均连接至三相电的零线。
在本实施例中，所述的三相全控整流桥为三相半桥I型三电平拓扑。所述的三相半桥I型三电平拓扑包括第一至第十二开关器件Q1至Q12、第一至第六二极管D1至D6，其中第一开关器件Q1的发射极或源极、第二开关器件Q2的集电极或漏极均与第一二极管D1的阴极相连，第五开关器件Q5的发射极或源极、第六开关器件Q6的集电极或漏极均与第三二极管D3的阴极相连，第九开关器件Q9的发射极或源极、第十开关器件Q10的集电极或漏极均与第五二极管D5的阴极相连，第三开关器件Q3的发射极或源极、第四开关器件Q4的集电极或漏极均与第二二极管D2的阳极相连，第七开关器件Q7的发射极或源极、第八开关器件Q8的集电极或漏极均与第四二极管D4的阳极相连，第十一开关器件Q11的发射极或源极、第十二开关器件Q12的集电极或漏极均与第六二极管D6的阳极相连，第一二极管D1的阳极与第二二极管D2的阴极相连，第三二极管D3的阳极与第四二极管D4的阴极相连，第五二极管D5的阳极与第六二极管D6的阴极相连；第一开关器件Q1的集电极或漏极、第五开关器件Q5的集电极或漏极、第九开关器件Q9的集电极或漏极相连并作为所述三相全控整流桥的第一输出端，第四开关器件Q4的发射极或源极、第八开关器件Q8的发射极或源极、第十二开关器件Q12的发射极或源极相连并作为所述三相全控整流桥的第二输出端，第二开关器件Q2的发射极或源极与第三开关器件Q3的集电极或漏极相连并作为所述三相全控整流桥的第一相输入端，第六开关器件Q6的发射极或源极与第七开关器件Q7的集电极或漏极相连并作为所述三相全控整流桥的第二相输入端，第十开关器件Q10的发射极或源极与第十一开关器件Q11的集电极或漏极相连并作为所述三相全控整流桥的第三相输入端，第一二极管D1的阳极、第三二极管D3的阳极、第五二极管D5的阳极均连接至三相电零线。
实施例3。
如图20所示，本实施例提供了一种三相整流升压电路，包括正电池组BAT+、负电池组BAT-、一整流升压模块；所述的整流升压模块包括第一双向晶闸管SCR1、第二双向晶闸管SCR2、第三双向晶闸管SCR3、第四双向晶闸管SCR6、第一单向晶闸管SCR4、第二单向晶闸管SCR5、第一电感L1、第二电感L2、第三电感L3、三相全控整流桥、第一电容C1、第二电容C2；所述第一双向晶闸管SCR1的一端、所述第二双向晶闸管SCR2的一端、所述第三双向晶闸管SCR3的一端分别接至三相电第一相电压Ua、三相电第二相电压Ub、三相电第三相电压Uc的的一端，所述第一单向晶闸管SCR4的阳极、所述第二单向晶闸管SCR5的阴极分别连接至所述正电池组BAT+的正端、所述负电池组BAT-的负端，所述正电池组BAT+的负端、所述负电池组BAT-的正端、所述第四双向晶闸管SCR6的一端均连接至三相电的零线；所述第一单向晶闸管SCR4的阴极与所述第一双向晶闸管SCR1的另一端均连接至所述第一电感L1的一端，所述第二双向晶闸管SCR2的另一端与所述第四双向晶闸管SCR6的另一端均连接至所述第二电感L2的一端，所述第三双向晶闸管SCR3的另一端与所述第二单向晶闸管SCR5的阳极均连接至所述第三电感L3的一端，所述第一电感L1的另一端、第二电感L2的另一端、第三电感L3的另一端分别连接至所述三相全控整流桥的三相输入端，所述三相全控整流桥的两个输出端分别连接至所述第一电容C1的一端与所述第二电容C2的一端，所述第一电容C1的另一端与所述第二电容C2的另一端均连接至三相电的零线。
在本实施例中，所述的三相全控整流桥为三相半桥T型三电平拓扑。所述的三相半桥T型三电平拓扑包括第一至第六二极管、第一至第六开关器件；第一开关器件Q1的发射极或源极与第二开关器件Q2的发射极或源极相连，第三开关器件Q3的发射极或源极与第四开关器件Q4的发射极或源极相连，第五开关器件Q5的发射极或源极与第六开关器件Q6的发射极或源极相连；其中第一二极管D1的阴极、第三二极管D3的阴极、第五二极管D5的阴极相连并作为所述三相全控整流桥的第一输出端，第二二极管D2的阳极、第四二极管D4的阳极、第六二极管D6的阳极相连并作为所述三相全控整流桥的第二输出端，第一二极管D1的阳极、第二二极管D2的阴极、第一开关器件Q1的集电极或漏极相连并作为所述三相全控整流桥的第一相输入端，第三二极管D3的阳极、第四二极管D4的阴极、第三开关器件Q3的集电极或漏极相连并作为所述三相全控整流桥的第二相输入端，第五二极管Q5的阳极、第六二极管Q6的阴极、第五开关器件Q5的集电极或漏极相连并作为所述三相全控整流桥的第三相输入端，第二开关器件Q2的集电极或漏极、第四开关器件Q4的集电极或漏极、第六开关器件的集电极或漏极均连接至三相电零线。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims (11)

1.一种三相整流升压电路，其特征在于：包括一整流升压模块、用于使正负母线独立的正电池组和负电池组；所述整流升压模块包括第一双向晶闸管、第二双向晶闸管、第三双向晶闸管、第四双向晶闸管、第一单向晶闸管、第二单向晶闸管、第一电感、第二电感、第三电感、三相全控整流桥、第一电容、第二电容；所述第一双向晶闸管的一端、所述第二双向晶闸管的一端、所述第三双向晶闸管的一端分别对应接至三相电第一相、三相电第二相、三相电第三相，所述第一单向晶闸管的阳极、所述第二单向晶闸管的阴极分别对应连接至所述正电池组的正端、所述负电池组的负端，所述正电池组的负端、所述负电池组的正端、所述第四双向晶闸管的一端均连接至三相电的零线；所述第一单向晶闸管的阴极与所述第一双向晶闸管的另一端均连接至所述第一电感的一端，所述第二双向晶闸管的另一端与所述第四双向晶闸管的另一端均连接至所述第二电感的一端，所述第三双向晶闸管的另一端与所述第二单向晶闸管的阳极均连接至所述第三电感的一端，所述第一电感的另一端、第二电感的另一端、第三电感的另一端分别连接至所述三相全控整流桥的三相输入端，所述三相全控整流桥的两个输出端分别连接至所述第一电容的一端与所述第二电容的一端，所述第一电容的另一端与所述第二电容的另一端均连接至三相电的零线；
所述的三相全控整流桥为三相桥式双电平拓扑，包括第一开关器件、第二开关器件、第三开关器件、第四开关器件、第五开关器件、第六开关器件；所述第一开关器件、第三开关器件、第五开关器件的集电极或漏极相连并作为所述三相全控整流桥的第一输出端，所述第二开关器件、第四开关器件、第六开关器件的发射极或源极相连并作为所述三相全控整流桥的第二输出端，所述第一开关器件的发射极或源极与所述第二开关器件的集电极或漏极相连并作为所述三相全控整流桥的第一相输入端，所述第三开关器件的发射极或源极与所述第四开关器件的集电极或漏极相连并作为所述三相全控整流桥的第二相输入端，所述第五开关器件的发射极或源极与所述第六开关器件的集电极或漏极相连并作为所述三相全控整流桥的第三相输入端；
市电异常时，控制第一双向晶闸管、第二双向晶闸管、第三双向晶闸管、第一开关器件、第六开关器件处于断开状态，控制第一单向晶闸管、第二单向晶闸管处于闭合状态，此时所述三相整流升压电路工作于电池运行模式，当所述三相整流升压电路工作于电池运行模式时，控制第四双向晶闸管、第二电感、第三开关器件、第四开关器件组成的平衡桥电路工作,用以保证所述正电池组、负电池组的剩余容量保持一致以及正负直流母线上的负载平衡。
2.根据权利要求1所述的一种三相整流升压电路，其特征在于：所述的三相桥式双电平拓扑替换为三相半桥I型三电平拓扑或者三相半桥T型三电平拓扑。
3.根据权利要求2所述的一种三相整流升压电路，其特征在于：所述的三相半桥I型三电平拓扑包括第七至第十八开关器件、第一至第六二极管，其中第七开关器件的发射极或源极、第八开关器件的集电极或漏极均与第一二极管的阴极相连，第十一开关器件的发射极或源极、第十二开关器件的集电极或漏极均与第三二极管的阴极相连，第十五开关器件的发射极或源极、第十六开关器件的集电极或漏极均与第五二极管的阴极相连，第九开关器件的发射极或源极、第十开关器件的集电极或漏极均与第二二极管的阳极相连，第十三开关器件的发射极或源极、第十四开关器件的集电极或漏极均与第四二极管的阳极相连，第十七开关器件的发射极或源极、第十八开关器件的集电极或漏极均与第六二极管的阳极相连，第一二极管的阳极与第二二极管的阴极相连，第三二极管的阳极与第四二极管的阴极相连，第五二极管的阳极与第六二极管的阴极相连；第七开关器件的集电极或漏极、第十一开关器件的集电极或漏极、第十五开关器件的集电极或漏极相连并作为所述三相全控整流桥的第一输出端，第十开关器件的发射极或源极、第十四开关器件的发射极或源极、第十八开关器件的发射极或源极相连并作为所述三相全控整流桥的第二输出端，第八开关器件的发射极或源极与第九开关器件的集电极或漏极相连并作为所述三相全控整流桥的第一相输入端，第十二开关器件的发射极或源极与第十三开关器件的集电极或漏极相连并作为所述三相全控整流桥的第二相输入端，第十六开关器件的发射极或源极与第十七开关器件的集电极或漏极相连并作为所述三相全控整流桥的第三相输入端，第一二极管的阳极、第三二极管的阳极、第五二极管的阳极均连接至三相电零线。
4.根据权利要求2所述的一种三相整流升压电路，其特征在于：所述的三相半桥T型三电平拓扑包括第七至第十二二极管、第十九至第二十四开关器件；第十九开关器件的发射极或源极与第二十开关器件的发射极或源极相连，第二十一开关器件的发射极或源极与第二十二开关器件的发射极或源极相连，第二十三开关器件的发射极或源极与第二十四开关器件的发射极或源极相连；其中第七二极管的阴极、第九二极管的阴极、第十一二极管的阴极相连并作为所述三相全控整流桥的第一输出端，第八二极管的阳极、第十二极管的阳极、第十二二极管的阳极相连并作为所述三相全控整流桥的第二输出端，第七二极管的阳极、第八二极管的阴极、第十九开关器件的集电极或漏极相连并作为所述三相全控整流桥的第一相输入端，第九二极管的阳极、第十二极管的阴极、第二十一开关器件的集电极或漏极相连并作为所述三相全控整流桥的第二相输入端，第十一二极管的阳极、第十二二极管的阴极、第二十三开关器件的集电极或漏极相连并作为所述三相全控整流桥的第三相输入端，第二十开关器件的集电极或漏极、第二十二开关器件的集电极或漏极、第二十四开关器件的集电极或漏极均连接至三相电零线。
5.根据权利要求1所述的一种三相整流升压电路，其特征在于：
所述第一双向晶闸管、第二双向晶闸管、第三双向晶闸管、第一电感、第二电感、第三电感、第一开关器件、第二开关器件、第三开关器件、第四开关器件、第五开关器件、第六开关器件、第一电容、第二电容构成市电运行模式下的整流升压功率级电路；
所述正电池组、负电池组、第一单向晶闸管、第二单向晶闸管、第一电感、第三电感、第一开关器件、第二开关器件、第五开关器件、第六开关器件、第一电容、第二电容构成电池运行模式下的整流升压功率级电路。
6.一种如权利要求1所述的三相整流升压电路的控制方法，其特征在于：
市电正常时，控制第一双向晶闸管、第二双向晶闸管、第三双向晶闸管处于闭合状态，控制第一单向晶闸管、第二单向晶闸管、第四双向晶闸管处于断开状态，此时所述三相整流升压电路工作于市电运行模式。
7.根据权利要求6所述的一种三相整流升压电路的控制方法，其特征在于：所述三相整流升压电路工作于市电运行模式具体包括以下阶段：
当三相电第一相电压处于正半周期内，控制第一开关器件处于关断状态；第一阶段，控制第二开关器件处于导通状态，三相电第一相电压经过第一双向晶闸管、第一电感、第二开关器件、第二电容组成回路对第一电感储存电能；第二阶段，控制第二开关器件处于关断状态，第一电感放电，第一电感放电的电流经过第一开关器件的体二极管、第一电容、第一双向晶闸管回到第一电感，第一电容充电；
当三相电第一相电压处于负半周期，控制第二开关器件处于关断状态；第三阶段，控制第一开关器件处于导通状态，三相电第一相电压经过第一双向晶闸管、第一电感、第一开关器件、第一电容组成回路对第一电感储存电能；第四阶段控制第一开关器件处于关断状态，第一电感放电，第一电感放电的电流经过第二开关器件的体二极管、第二电容、第一双向晶闸管回到第一电感，第二电容充电；
当三相电第二相电压处于正半周期，控制第三开关器件处于关断状态；第一阶段，控制第四开关器件处于导通状态，三相电第二相电压经过第二双向晶闸管、第二电感、第四开关器件、第二电容组成回路对第二电感储存电能；第二阶段，控制第四开关器件处于关断状态，第二电感放电，第二电感放电的电流经过第三开关器件的体二极管、第一电容、第二双向晶闸管回到第二电感，第一电容充电；
当三相电第二相电压处于负半周期，控制第四开关器件处于关断状态；第三阶段，控制第三开关器件处于导通状态，三相电第二相电压经过第二双向晶闸管、第二电感、第三开关器件、第一电容组成回路对第二电感储存电能；第四阶段控制第三开关器件处于关断状态，第二电感放电，第二电感放电的电流经过第四开关器件的体二极管、第二电容、第二双向晶闸管回到第二电感，第二电容充电；
当三相电第三相电压处于正半周期，控制第五开关器件处于关断状态；第一阶段，控制第六开关器件处于导通状态，三相电地三相电压经过第三双向晶闸管、第三电感、第六开关器件、第二电容组成回路对第三电感储存电能；第二阶段，控制第六开关器件处于关断状态，第三电感放电，第三电感放电的电流经过第五开关器件的体二极管、第一电容、第三双向晶闸管回到第三电感，第一电容充电；
当三相电第三相电压处于负半周期，控制第六开关器件处于关断状态；第三阶段，控制第五开关器件处于导通状态，三相电地三相电压经过第三双向晶闸管、第二电感、第五开关器件、第一电容1组成回路对第三电感储存电能；第四阶段控制第三开关器件处于关断状态，第三电感放电，第三电感放电的电流经过第六开关器件的体二极管、第二电容、第三双向晶闸管回到第三电感，第二电容充电。
8.根据权利要求6所述的一种三相整流升压电路的控制方法，其特征在于：所述三相整流升压电路工作于电池运行模式具体包括以下阶段：
第一阶段，控制第二开关器件、第五开关器件处于导通状态，此时正电池组、第一单向晶闸管、第一电感、第二开关器件、第二电容组成回路对第一电感储存电能；负电池组、第一电容、第五开关器件、第三电感、第二单向晶闸管组成回路对第三电感储存电能；
第二阶段，控制第二开关器件、第五开关器件处于断开状态，此时第一电感放电，第一电感放电的电流经过第一开关器件的体二极管、第一电容、正电池组、第一单向晶闸管回到第一电感，第一电容充电；第三电感放电，第三电感放电的电流经过第二单向晶闸管、负电池组、第二电容、第六开关器件体二极管回到第三电感，第二电容充电。
9.根据权利要求6所述的一种三相整流升压电路的控制方法，其特征在于：控制第四双向晶闸管、第二电感、第三开关器件、第四开关器件组成的平衡桥电路工作具体包括以下步骤：
步骤S1：实时检测正电池组的电流值、负电池组的电流值、正电池组的电压值、负电池组的电压值；
步骤S2：根据步骤S1计算出正电池组剩余容量值、负电池组剩余容量、正电池组剩余容量值与负电池组剩余容量的比值K,其中K≥0；
步骤S3：根据K值的大小，控制第四双向晶闸管、第三开关器件、第四开关器件工作。
10.根据权利要求9所述的一种三相整流升压电路的控制方法，其特征在于：所述步骤S3具体为：
当0≤K<1时，控制第四双向晶闸管处于导通状态、第三开关器件处于断开状态；第一阶段，控制第四开关器件处于导通状态，第四开关器件、第二电容、第四双向晶闸管、第二电感组成回路对第二电感储存电能；第二阶段，控制第四开关器件处于断开状态，第一电容、第四双向晶闸管、第二电感、第三开关器件的体二极管组成回路，第一电容充电；
当K＝1时，控制第四双向晶闸管、第三开关器件、第四开关器件均处于断开状态；
当K＞1时，控制第四双向晶闸管处于导通状态、第四开关器件处于断开状态；第一阶段，控制第三开关器件处于导通状态，第一电容、第三开关器件、第二电感、第四双向晶闸管组成回路对第二电感储存电能；第二阶段，控制第三开关器件处于断开状态，第四开关器件的体二极管、第二电感、第四双向晶闸管、第二电容组成回路，第二电容充电。
11.一种基于权利要求1至5任一权利要求所述的三相整流升压电路的不间断电源，其特征在于：包括所述三相整流升压电路、逆变模块，所述逆变模块的输入端与所述三相全控整流桥的输出端相连。
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