CN105490551B - 一种不间断电源的电路 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种不间断电源UPS的电路，该电路包括市电输入模块、PFC模块、逆变模块、充电器模块和电池组模块，市电输入模块的输出端连接于PFC模块的输入端；PFC模块包括第一耦合电感L4、第一开关器件Q1、第二开关器件Q1、第三开关器件Q9、第四开关器件Q10和母线电容C1，L4包括第一线圈和第二线圈，第一线圈的第一端与第二线圈的第一端连接于市电输入模块的输出端，Q1的第一端与Q9的第一端连接于C1的正极，Q1的第二端、Q2的第一端连接于第一线圈的第二端，Q9的第二端、Q10的第一端连接于第二线圈的第二端，Q2的第二端与Q10的第二端连接于C1的负极；逆变模块、充电器模块的输入端连接于PFC模块的输出端；电池组模块的输出端连接于PFC模块的输入端。

Description

一种不间断电源的电路
技术领域
本发明涉及电子领域，并且更具体地，涉及一种不间断电源的电路。
背景技术
在线式不间断电源(Uninterruptible Power Supply，简称“UPS”)已广泛应用于各种供电场合，传统的UPS电路在当前器件水平上能做到的最高效率为95％，其中的开关器件的全部由硬开关控制，器件损耗较大，从而使得运营成本大大增加，造成资源浪费。因此，如何提高UPS效率使UPS电路亟需解决的重要问题。
发明内容
本申请提供一种不间断电源UPS的电路，以降低开关功率损耗，提高UPS转换效率。
第一方面，本申请提供一种不间断UPS的电路，该电路包括市电输入模块、功率因数校正PFC模块、逆变模块、充电器模块和电池组模块，其中，市电输入模块的输出端连接于PFC模块的输入端，用于向PFC模块输出初始交流电；PFC模块用于对初始交流电进行升压、整流，以输出直流电，PFC模块包括第一耦合电感、第一开关器件、第二开关器件、第三开关器件、第四开关器件和母线电容，该母线电容用于储存市电输入模块或电池组模块通过PFC模块送入的电能，并向逆变模块释放电能，该第一耦合电感包括第一线圈和第二线圈，第一线圈的第一端与第二线圈的第一端连接于市电输入模块的输出端，第一开关器件的第一端与第三开关器件的第一端连接于母线电容的正极，第一开关器件的第二端、第二开关器件的第一端连接于第一线圈的第二端，第三开关器件的第二端、第四开关器件的第一端连接于第二线圈的第二端，第二开关器件的第二端与第四开关器件的第二端连接于母线电容的负极，第二开关器件与第四开关器件在初始交流电的正半周导通，第一开关器件与第三开关器件在初始交流电的负半周导通，第一线圈与第二线圈反向耦合，以使第一开关器件的电流与第三开关器件的电流的方向相反，或者，第二开关器件的电流与第四开关器件的电流的方向相反；逆变模块的输入端连接于PFC模块的输出端，用于将直流电转换为目标交流电；充电器模块的输入端连接于PFC模块的输出端，用于在市电输入模块供电时向电池组模块充电；电池组模块的输出端连接于PFC模块的输入端，用于在市电输入模块断电时供电。
通过第一耦合电感的第一线圈与第二线圈之间的反向耦合，产生方向相反的耦合电流，使得第一开关器件、第二开关器件构成的第一桥臂与第三开关器件、第四开关器件构成的第二桥臂交错180°工作，减少纹波电流，使输出电流的连续性更好，从而减少各开关器件的开关频率，降低功率损耗。
进一步地，通过桥臂间交错工作，使得在第一耦合电感中耦合出的反向电流流入所连接的开关器件的二极管，在该开关器件导通前和关断前两端压降降至零，实现零电压开关。
因此，本发明实施例的UPS的电路，通过耦合电感产生反向耦合电流，实现各开关器件零电压开关，并且通过各桥臂间交错工作减少纹波电流，从而减少开关频率，降低开关器件的功率损耗，提高UPS转换功率，降低运营成本。结合第一方面，在第一方面的第一种可能的实现方式中，第一耦合电感还包括第三线圈，第三线圈与第二线圈反向耦合，第三线圈的第一端连接于市电输入模块的输出端，充电器模块包括第五开关器件和第六开关器件，第五开关器件的第一端连接于母线电容的正极，第五开关器件的第二端与第六开关器件的第一端连接于第三线圈的所述第三线圈的第一端连接于所述市电输入模块的输出端，端，第六开关器件的第二端连接于母线电容的负极。
通过将充电器模块中的第五开关器件和第六开关器件接入第一耦合电感，使得由第五开关器件和第六开关器件构成的第三桥臂与第一桥臂、第二桥臂能够交错120°工作，从而进一步减少纹波电流，减少开关器件的开关频率，降低功率损耗。
进一步地，通过第一线圈或第二线圈在第三线圈产生的耦合电流，使电池组模块在充电接近饱和时，通过耦合电流的作用，使得电池组继续充电至饱和，避免第五开关器件和第六开关器件的频繁开关，以减少功率损耗。
结合第一方面的上述可能的实现方式，在第一方面的第二种可能的实现方式中，该电路还包括谐振模块，该谐振模块包括：谐振电感、谐振电容、第一二极管、第二二极管、第三二极管、第四二极管、第五二极管和谐振开关器件，谐振电感的第一端和谐振电容的第一端连接于市电输入模块的输出端，第一二极管的正极连接于谐振电感的第二端，第一二极管的负极连接于谐振电容的第二端，谐振开关器件的第一端连接于谐振电感的第二端，谐振开关器件的第二端连接于母线电容的负极，以使电流在谐振开关器件导通状态经过谐振开关器件流入第二开关器件、第四开关器件或第六开关器件，在谐振开关器件断开状态经过第一二极管流入谐振电容，通过谐振电容放电使电流经过第一二极管、母线电容流入第二开关器件、第四开关器件或第六开关器件，第二二极管的正极连接于谐振电容的第二端，第二二极管的负极连接于母线电容的负极，第三二极管的负极、第四二极管的负极和第五二极管的负极连接于谐振电感的第一端，第三二极管的正极连接于第一线圈的第二端，第四二极管的正极连接于第二线圈的第二端，第五二极管的正极连接于第三线圈的第二端。
通过在电路中加入谐振模块，使得PFC模块中的开关器件实现零电压开关，以降低功率损耗。并且，通过第一耦合电感的各线圈间的反向耦合，使得各开关器件维持在零电压的时间更长，以避免控制电路的滞后带来的功率损耗。
结合第一方面的上述可能的实现方式，在第一方面的第三种可能的实现方式中，该逆变模块包括第二耦合电感、第七开关器件、第八开关器件、第九开关器件、第十开关器件和滤波电容，第二耦合电感包括反向耦合的第四线圈和第五线圈，第四线圈的第一端与第五线圈的第一端经滤波电容接入参考地，第七开关器件的第一端与第九开关器件的第一端连接于母线电容的正极，第七开关器件的第二端与第八开关器件的第一端连接于第四线圈的第二端，第九开关器件的第二端与第十开关器件的第一端连接于第五线圈的第二端，第八开关器件的第二端与第十开关器件的第二端连接于母线电容的负极，以使第七开关器件的电流与第九开关器件的电流的方向相反，或者，第八开关器件的电流与第十开关器件的电流的方向相反。
通过在逆变模块配置第二耦合电感、第七开关器件、第八开关器件构成第四桥臂和第九开关器件、第十开关器件构成的第五桥臂，使得逆变模块也能够实现桥臂间交错180°工作，从而减少第七开关器件、第八开关器件、第九开关器件和第十开关器件的开关频率，降低功率损耗，提高UPS转换效率。
结合第一方面的上述可能的实现方式，在第一方面的第四种可能的实现方式中，PFC模块还包括第十一开关器件、第十二开关器件、第十三开关器件和第十四开关器件，第十一开关器件与第十三开关器件并联，第十二开关器件与第十四开关器件并联，第十一开关器件的第一端与第十三开关器件的第一端连接于母线电容的正极，第十一开关器件的第二端、第十二开关器件的第一端、第十三开关器件的第二端与第十四开关器件的第一端连接于参考地，第十二开关器件的第二端与第十四开关器件的第二端连接于母线电容的负极。
通过开关器件并联减少阻抗，从而在电流不变的条件下降低功率损耗。
第二方面，本申请提供一种不间断电源UPS的电路，该电路包括：市电输入模块、功率因数校正PFC模块、谐振模块、逆变模块、充电器模块和电池组模块，其中，市电输入模块的输出端连接于PFC模块的输入端，用于向PFC模块输出初始交流电；PFC模块用于对初始交流电进行升压、整流，以输出直流电，该PFC模块包括第一电感、第一开关器件、第二开关器件和母线电容，母线电容用于储存市电输入模块或电池组模块通过PFC模块送入的电能，并向逆变模块释放电能，该第一电感的第一端连接于市电输入模块的输出端，该第一开关器件的第一端连接于母线电容的正极，该第一开关器件的第二端与第二开关器件的第一端连接于市电输入模块的输出端，第二开关器件的第二端连接于母线电容的负极，第一开关器件在初始交流电的正半周导通，第二开关器件在初始交流电的负半周导通；谐振模块包括：谐振电感、谐振电容、第一二极管和谐振开关器件，谐振电感的第一端和谐振电容的第一端连接于第一电感的第二端，第一二极管的正极连接于谐振电感的第二端，第一二极管的负极连接于谐振电容的第二端，谐振开关器件的第一端连接于谐振电感的第二端，谐振开关器件的第二端连接于母线电容的负极，以使电流在谐振开关器件导通状态经过谐振开关器件流入第二开关器件，在谐振开关器件断开状态经过第一二极管流入谐振电容，通过谐振电容放电使电流经过第一二极管、母线电容流入第二开关器件；逆变模块的输入端连接于PFC模块的输出端，用于将直流电转换为目标交流电；充电器模块的输入端连接于PFC模块的输出端，用于在市电输入模块供电时向电池组模块充电；电池组模块的输出端连接于PFC模块的输入端，用于在市电输入模块断电时供电。
通过在电路中加入谐振模块，使得PFC模块中的开关器件实现零电压开关，以降低功率损耗。并且，通过第一耦合电感的各线圈间的反向耦合，使得各开关器件维持在零电压的时间更长，以避免控制电路的滞后带来的功率损耗。
因此，本申请通过在PFC模块并联谐振模块，使得PFC模块在开关器件实现零电压开关，减低开关器件的功率损耗，从而提高UPS转换效率，减低运营成本。
进一步地，谐振模块还包括第二二极管，第二二极管的正极连接于谐振电容的第二端，第二二极管的负极连接于母线电容的正极。因此，可以保证谐振电容的压降在充电至母线电容两端压降相同时，停止充电，减小谐振电容那个的容值，避免不必要的成本增加。
结合第二方面，在第二方面的第一种可能实现的方式中，第一电感包括第一耦合电感，PFC模块还第三开关器件和第四开关器件，其中，第一耦合电感包括第一线圈和第二线圈，第一线圈的第一端与第二线圈的第一端连接于市电输入模块的输出端，第一开关器件的第一端与第三开关器件的第一端连接于母线电容的正极，第一开关器件的第二端与第二开关器件的第一端连接于第一线圈的第二端，第三开关器件的第二端和第四开关器件的第一端连接于第二线圈的第二端，第二开关器件的第二端和第四开关器件的第二端连接于母线电容的负极，第四开关器件在初始交流电的正半周导通，第三开关器件在初始交流电的负半周导通，第一线圈与第二线圈反向耦合，以使第一开关器件的电流与第三开关器件的电流的方向相反，或者，第二开关器件的电流与第四开关器件的电流的方向相反；谐振模块还包括第三二极管和第四二极管，第三二极管的负极和第四二极管的负极连接于谐振电感的第一端，第三二极管的正极连接于第一线圈的第二端，第四二极管的正极连接于第二线圈的第二端。
通过第一耦合电感在第一线圈和第一线圈之间互耦，产生方向相反的耦合电流，延长各开关器件保持零压降的时间，以避免控制电路的滞后带来的功率损耗。并且通过第一线圈和第二线圈反向耦合，使第一开关器件和第二开关器件构成的第一桥臂、第三开关器件和第四开关器件构成的第二桥臂交错180°工作，减少纹波电流，以使电流的连续性更好，从而减少各开关器件的开关频率，进一步降低功率损耗。
进一步地，通过桥臂间交错工作，使得在第一耦合电感中耦合出的反向电流流入开关器件的二极管，在该开关器件导通前和关断前两端压降降至零，实现零电压开关。
结合第二方面的上述可能的实现方式，在第二方面的第二种可能的实现方式中，第一耦合电感还包括第三线圈，第三线圈的第一端连接于电池组模块的输出端，第三线圈与第二线圈反向耦合，充电器模块包括第五开关器件和第六开关器件，第五开关器件的第一端连接于母线电容的正极，第五开关器件的第二端与第六开关器件的第一端连接于第三线圈的第二端，第六开关器件的第二端连接于母线电容的负极；谐振模块还包括第五二极管，第五二极管的负极连接于谐振电感的第一端，第五二极管的正极连接于第三线圈的第二端。
通过线圈之间的互耦，使得第三线圈在第一线圈或第二线圈产生反向的耦合电流，使电池组模块在充电接近饱和时，通过耦合电流的作用将电池组充满电，避免频繁的开关第五开关器件和第六开关器件，减少开关频率，降低功率损耗，提高UPS转换效率。
并且，在电池组工作模式，通过谐振模块使第二开关器件、第四开关器件和第六开关器件实现零电压开关，减少功率损耗，提高UPS转换效率。
结合第二方面的上述可能的实现方式，在第二方面的第三种可能的实现方式中，逆变模块包括第二耦合电感、第七开关器件、第八开关器件、第九开关器件、第十开关器件和滤波电容，第二耦合电感包括反向耦合的第四线圈和第五线圈，第四线圈的第一端与第五线圈的第一端经滤波电容接入参考地，第七开关器件的第一端与第九开关器件的第一端连接于母线电容的正极，第七开关器件的第二端与第八开关器件的第一端连接于第四线圈的第二端，第九开关器件的第二端与第十开关器件的第一端连接于第五线圈的第二端，第八开关器件的第二端与第十开关器件的第二端连接于母线电容的负极，以使第七开关器件的电流与第九开关器件的电流的方向相反，或者，第八开关器件的电流与第十开关器件的电流的方向相反。
通过在逆变模块配置第二耦合电感、第七开关器件、第八开关器件构成第四桥臂和第九开关器件、第十开关器件构成的第五桥臂，使得逆变模块也能够实现桥臂间交错180°工作，从而减少第七开关器件、第八开关器件、第九开关器件和第十开关器件的开关频率，降低功率损耗，提高UPS转换效率。
结合第二方面的上述可能的实现方式，在第二方面的第四种可能的实现方式中，PFC模块还包括第十一开关器件、第十二开关器件、第十三开关器件和第十四开关器件，第十一开关器件与第十三开关器件并联，第十二开关器件与第十四开关器件并联，第十一开关器件的第一端与第十三开关器件的第一端连接于母线电容的正极，第十一开关器件的第二端、第十二开关器件的第一端、第十三开关器件的第二端与第十四开关器件的第一端连接于参考地，第十二开关器件的第二端与第十四开关器件的第二端连接于母线电容的负极。
通过开关器件并联减少阻抗，从而在电流不变的条件下降低功率损耗。在某些实现方式中，该第一开关器件、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、第七开关器件、第八开关器件、第九开关器件、第十开关器件、第十一开关器件、第十二开关器件、第十三开关器件、第十四开关器件、谐振开关器件为绝缘栅双极性晶体管IGBT或者金属-氧化物半导体场效应晶体管MOSFET。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面所描述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是根据现有技术中的一种UPS的电路的示意图。
图2是根据本发明一实施例的一种UPS的电路的示意图。
图3是根据本发明另一实施例的一种UPS的电路的示意图。
图4a是根据本发明一实施例的PFC模块在市电供电模式的时序图。
图4b是根据本发明一实施例的PFC模块在电池组供电模式的时序图
图5是根据本发明又一实施例的一种UPS电路的示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应属于本发明保护的范围。
应注意，以下描述中，在两个元件“连接”时，这两个元件可以直接连接，也可以通过一个或多个中间元件/介质间接地连接。两个元件连接的方式可包括接触方式或非接触方式，或者可包括有线方式或无线方式。本领域技术人员可以对一下描述的示例连接方式进行等价替换或修改，这样的替换或修改均落入本发明的保护范围内。
还应注意，以下描述中，在开关器件导通时，该开关器件的主开关导通。各开关器件中可能包含寄生二极管，或者，开关器件可能反向并联了二极管，在提及电流流入开关器件的二极管时，电流流入该开关器件的寄生二极管或者并联的二极管，主开关并未导通。
图1是现有技术中的一种UPS的电路的示意图。如图1所示，该电路包括市电输入(AC)模块110、功率因数校正(Power Factor Correction，简称“PFC”)模块120、逆变模块130、充电器模块140和电池组(BAT)模块150，其中，市电输入模块110和电池组模块150的输出端都连接于PFC模块120的输出端，PFC模块120用于对市电输入模块110或电池组模块150输出的初始交流电进行升压和整流，以输出直流电。
其中，该PFC模块包括第一电感L1、第一开关器件Q1、第二开关器件Q2、母线电容C1、第三开关器件Q3和第四开关器件Q4。逆变模块130包括C1、Q3、Q4、第五开关器件Q5、第六开关器件Q6、第二电感L2和滤波电容C2。充电器模块140包括第三电感L3、第七开关器件Q7、第八开关器件Q8和C1。其中，Q1、Q2、Q3、Q4、Q5、Q6、Q7和Q8均可以为相同或不同的开关器件，作为示例而非限定，各开关器件可以为绝缘栅双极性晶体管(Insulated Gate BipolarTransistor，简称“IGBT”)或者金属-氧化物半导体场效应晶体管(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor，简称“MOSFET”)。L1、L2、L3可以为相同或不同的电感，电感(包括L1、L2和L3)用于储能、升压，C1用于储存市电输入模块110或电池组模块150通过PFC模块120送入的电能，并向逆变模块130释放该电能；C2用于对逆变模块130输出的交流电进行过滤，减少纹波电流，以使输出的电流更稳定。
具体而言，以市电输入的正半周为例，Q2首先导通，为L1储能，电流的流向为L1→Q2→Q4(二极管)→N(即，参考地)，然后断开Q2，L1续流，通过市电和L1为C1充电，电流的流向为L1→Q1(二极管)→C1→Q4(二极管)→N，从而使输入电压升高，向C1充电。由于Q2在导通前，Q1中的二极管导通，Q2的压降即为C1的压降，而C1的压降比较大(例如，400V)，Q2在导通之后，会有一个压降降低的过程，同时，由于电流的流入，会有一个电流上升的过程，因此，就会出现一个电压降低和电流升高重叠的过程，由公式P＝U·I(其中，P为功率，U为电压，I为电流)可知，在这个电压降低和电流升高重叠的时间段内，Q2上的功率损耗很大。
同理可以推得，在Q1导通前，Q2中的二极管导通，因此Q1两端的压降也为C1的压降，Q1导通之后会有一个压降降低的过程，同时，由于电流的流入，会有一个电流上升的过程，因此，也会出现一个电压降低和电流升高重叠的过程，造成该时间段内Q1上的功率损耗很大。
进一步地，逆变模块130用于对C1输出的直流电进行逆变，以生成目标交流电，其中，Q3和Q4可以用于市电的正负周切换。具体来说，Q4处于常开状态，电流的流向为C1(正极)→Q5→L2→C2→N→Q4→C1(负极)，从而为C2提供目标交流电；在市电输入的负半周，Q3处于常开状态，电流的流向为C1(正极)→Q3→N→C2→L2→Q6→C1(负极)，从而为C2提供目标交流电，C2对接收到的目标交流电进行过滤，以输出稳定的交流电，向负载供电。
更进一步地，市电输入模块120在供电的同时，通过充电器模块140中的L3、Q7和Q8向电池组模块150充电。具体来说，该充电可以分为两个阶段，第一阶段，电流由C1通过Q7向L3和电池组充电，电流流向为C1(正极)→Q7→L3→电池组模块→C1；第二阶段，Q7关断，L3放电，以向电池组继续充电，具体的电流流向为L3→电池组模块→Q8→L3。通过在市电供电模式向电池组模块150充电，以便于电池组模块150在市点断电时供电。在电池组模块150充电即将饱和时，需要通过不断的开关Q7和Q8来使电池组模块150充电饱和，因此造成开关器件的功率损耗。
由此可见，在现有的UPS的电路中，开关器件上的功率损耗非常大，从而导致UPS的转换效率不高，增加了运营成本，造成了资源浪费。
图2是根据本发明实施例的一种UPS的电路的示意图。如图2所示，该电路包括：市电输入模块210、功率因数校正PFC模块220、逆变模块230、充电器模块240和电池组模块250，其中，市电输入模块210的输出端连接于PFC模块220的输入端，用于向该PFC模块输出初始交流电；
PFC模块220用于对该初始交流电进行升压、整流，以输出直流电，PFC模块220包括第一耦合电感L4、第一开关器件Q1、第二开关器件Q2、第三开关器件Q9、第四开关器件Q10和母线电容C1，该母线电容C1用于储存市电输入模块210或电池组模块250通过PFC模块220送入的电能，并向逆变模块240释放电能，该第一耦合电感L4包括第一线圈和第二线圈，第一线圈的第一端与第二线圈的第一端连接于市电输入模块210的输出端，第一开关器件Q1的第一端与第三开关器件Q9的第一端连接于母线电容C1的正极，第一开关器件Q1的第二端、第二开关器件Q2的第一端连接于第一线圈的第二端，第三开关器件Q9的第二端、第四开关器件Q10的第一端连接于第二线圈的第二端，第二开关器件Q2的第二端与第四开关器件Q10的第二端连接于母线电容C1的负极，第二开关器件Q2与第四开关器件Q10在初始交流电的正半周导通，第一开关器件Q1与第三开关器件Q9在初始交流电的负半周导通，第一线圈与第二线圈反向耦合，以使第一开关器件Q1的电流与第三开关器件Q9的电流的方向相反，或者，第二开关器件Q2的电流与第四开关器件Q10的电流的方向相反；逆变模块230的输入端连接于PFC模块220的输出端，用于将直流电转换为目标交流电；充电器模块240的输入端连接于PFC模块220的输出端，用于在市电输入模块210供电时向电池组模块250充电；电池组模块250的输出端连接于PFC模块220的输入端，用于在市电输入模块断电时供电。
具体而言，本发明实施例的电路中的第一开关器件Q1和第二开关器件Q2可对应于图1中的Q1和Q2。本发明实施例中，将Q1和Q2串联构成第一桥臂，将Q9和Q10串联构成第二桥臂，L4可以包括反向耦合的第一线圈和第二线圈，其中，第一线圈连接于第一桥臂的中点，第二线圈连接于第二桥臂的中点。也就是说，第一桥臂的电流流向与第二桥臂的电流流向由于第一线圈和第二线圈的方向耦合而相反。换句话说，第一桥臂和第二桥臂能够实现交错180°工作。
以Q1为例，当第二桥臂中的Q9导通时，即第二桥臂工作在负半周，第一桥臂工作在正半周，Q2导通。此时第二线圈电流流向(为方便区分和说明，记作i2)由近PFC模块端流向远PFC模块端时，会在第一线圈产生一个耦合的反向电流(为方便区分和说明，记作i12)将Q1的二极管流入。由于在Q1导通前，二极管已经流入电流，使得Q1两端压差为零，从而实现Q1的零电压开通。
与此相似地，由于桥臂间交错工作和耦合电流的产生，使得Q1、Q2、Q9和Q10在导通和断开前两端压降也分别为零，从而实现零电压关断。这里为了简洁，不再赘述。
进一步地，由于第一耦合电感L4的第一线圈和第二线圈之间的相互耦合，在Q2导通前，由Lr流入Qr的电流经过Q2流入第一线圈，使得第一线圈的电流(为方便区分和说明，记作i1)由近PFC模块端流向远PFC模块端，从而在第二线圈耦合出一个相反方向的耦合电流(为方便区分和说明，记作i21)，该耦合电流的产生又对第一线圈中的电流产生了一个反向耦合电流，即与i1方向相同的电流，使得i1的电流流向持续时间更长，也就是使得Q2两端压降维持为零的时间更长，以避免控制电路的滞后带来的功率损耗，从而更好地实现零电压开关，降低开关的功率损耗，提高UPS转换功率。
更进一步地，通过第一耦合电感L4的第一线圈和第二线圈之间的反向耦合，产生方向相反的耦合电流，使得第一桥臂和第二桥臂交错180°工作，进而使得原来纹波较大的两路电流叠加在一起。从总体上看，纹波电流减小，使输出的电流连续性更好，从而就可以减小第一桥臂和第二桥臂中各开关器件的开关频率。而开关频率与功率损耗密切相关，减少开关频率，即降低了功率损耗，因此，进一步地降低了开关的功率损耗，提高UPS转换功率。
需要说明的是，市电输入模块、充电器模块和电池组模块可以通过开关器件来实现市电和电池组供电的切换，也可以通过控制电路的控制来实现市电和电池组供电的切换。具体来说，当市电输入模块供电时，可以通过PFC模块向逆变模块送入直流电，同时通过充电器模块向电池组模块充电，当市电断电时，可以通过电池组模块向PFC模块送电，以实现不间断供电。应理解，各模块之间的切换可以通过开关器件来执行，也可以通过控制电路来执行，还可以通过其他方式来实现，本发明对此并未特别限定。
可选地，该电路200还可以包括切换模块260，该切换模块260包括第一继电器K1、第二继电器K2和第三继电器K3，其中，K1配置于市电输入模块210的输出端与PFC模块220的输入端之间，K2配置于电池组模块250的输出端与PFC模块220的输入端之间，K3配置于电池组模块250的输出端与充电器模块240的输出端之间。
具体而言，K1导通时，市电输入模块210向PFC模块220输入初始交流电，此时K3也导通，以使充电器模块240向电池组250充电。当市电断电时，K1断开，K2导通，以使电池组模块250向PFC模块220输电。
需要说明的是，切换模块作为控制电路的一种方法，仅为示例性说明，不应对本发明构成任何限定，本发明也不应限于此。
因此，本发明实施例的UPS的电路，通过耦合电感产生反向耦合电流，实现各开关器件零电压开关，并且通过各桥臂间交错工作减少纹波电流，从而减少开关频率，降低开关器件的功率损耗，提高UPS转换功率，降低运营成本。
可选地，第一耦合电感L4还包括第三线圈，第三线圈与第二线圈反向耦合，第三线圈的第一端连接于市电输入模块210的输出端，充电器模块240包括第五开关器件Q7和第六开关器件Q8，第五开关器件Q7的第一端连接于母线电容C1的正极，第五开关器件Q7的第二端与第六开关器件Q8的第一端连接于第三线圈的第二端，第六开关器件Q8的第二端连接于母线电容C1的负极。
具体而言，在电池组供电模式，第五开关器件Q7和第六开关器件Q8(为方便说明，将Q7和Q8串联构成的桥臂记作第三桥臂)通过第三线圈加入第一耦合电感L4，使得第一桥臂、第二桥臂和第三桥臂在电池组工作模式能够交错120°工作，从而使得原来纹波较大的三路电流叠加在一起.从总体上看，纹波电流减小，使输出的电流连续性更好，从而就可以减小第一桥臂、第二桥臂和第三桥臂中各开关器件的开关频率。而开关频率与功率损耗密切相关，减少开关频率，即降低了功率损耗，因此，进一步地降低了开关的功率损耗，提高UPS转换功率。
进一步地，由于第三线圈与第二线圈的反向耦合，使得第二线圈在第三线圈产生反向的耦合电流，电池组模块250在充电第二阶段充电接近饱和时，通过耦合电流的作用，使第三线圈不断地续流，从而使得电池组继续充电至饱和，避免Q7和Q8的频繁开关，从而进一步地降低功率损耗，提高UPS转换效率。
可选地，如图3所示，该电路还包括谐振模块270，该谐振模块270包括：谐振电感Lr、谐振电容Cr、第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3、第四二极管D4、第五二极管D5和谐振开关器件Qr，第一二极管D1的正极连接于谐振电感Lr的第二端，第一二极管D1的负极连接于谐振电容Cr的第二端，谐振开关器件Qr的第一端连接于谐振电感Lr的第二端，谐振开关器件Qr的第二端连接于母线电容C1的负极，以使电流在谐振开关器件Qr导通状态经过谐振开关器件Qr流入第二开关器件Q2、第四开关器件Q10或第六开关器件Q8，在谐振开关器件Qr断开状态经过第一二极管D1流入谐振电容Cr，第二二极管D2的正极连接于谐振电容Cr的第二端，第二二极管D2的负极连接于母线电容C1的正极，第三二极管D3的负极、第四二极管D4的负极和第五二极管D5的负极连接于谐振电感Lr的第一端，第三二极管D3的正极连接于第一线圈的第二端，第四二极管D4的正极连接于第二线圈的第二端，第五二极管D5的正极连接于第三线圈的第二端。
图3是根据本发明另一实施例的UPS的电路的示意图。具体而言，在本发明实施例中，在UPS电路中加入了谐振模块270，该谐振模块270包括Lr、Cr、D1、D2、D3、D4、D5、Qr，其中，Lr的第一端和Cr的第一端连接于L4的第二端。也就是说，PFC模块220的输入端和谐振模块270的输入端汇聚于一点，市电输入模块210的输出端分别可以直接或者间接的与L4(包括第一线圈、第二线圈和第三线圈)的第一端相连，例如，在市电输入模块210与L4之间还可以接入电感。D1的正极连接于Lr的第二端，D1的负极连接于Cr的第二端，以使电流从Lr经D1流向Cr。也就是说，D1和Lr串联后，再和Cr并联，使电流在Lr→D1→Cr之间形成回路。Qr的第一端连接于Lr的第二端，Qr的第二端连接于C1的负极，以使电流在Qr导通状态流入该Qr，在Qr断开状态经过D1流入Cr，给Cr充电。
以下结合图4a和图4b，详细说明谐振模块270分别在市电供电模式和电池组供电模式用于降低开关器件功率损耗的具体过程。
图4a是根据本发明实施例的PFC模块220在市电供电模式的时序图。如图4a所示，Q1、Q9工作在市电供电模式的负半周，Q2和Q10工作在市电供电模式的正半周。具体来说，Q2和Q10工作在初始交流电的正半周，在正半周的时段内Q2和Q10交替地、连续地导通、关断，从而获得连续的脉冲电压。Q1和Q9工作在初始交流电的负半周，在负半周的时段内Q1和Q9交替地、连续地导通、关断，从而获得连续的脉冲电压。
下面以Q10为例来详细说明谐振模块270在市电供电模式用于降低开关器件损耗的具体过程。
在初始交流电的正半周开始时刻(对应于图4a中的t1时刻)暂不开通Q10，而使Qr先导通，此时，从L4流入的电流如图3中所示，电流(it1)经过L4→Lr→Qr→Q10(二极管)。也就是说，Q10在主开关管未导通的情况下，通过二极管先流入电流，使得Q10压降先降至零，在Q2两端压差为零的时刻(对应于图4中的t2时刻)，导通Q10由市电输入模块210输入的电流(it2)由L4→Q10→Q4→N，对C1充电。在Q10导通的瞬间，Q10两端压差为零，虽然有电流流入，但因电压为零，功率仍为零，因此实现了零电压开通，减少了功率损耗。
在t2时刻同时关断Qr，使由Lr流入的电流经D1给Cr充电，在Cr上储存电能，直至与C1两端压降相同(例如，400V)。
在Q10关断时刻(对应于图4中的t3时刻)，由于Q10关断瞬间两端压降由零升为C1两端压降，同时Q10上的电流下降，也会出现一个电压上升、电流下降的过程，即，也会有功率损耗。此时通过Cr上储存的电能放电，使电流如图3所示流向，电流(it3)在Cr→D2→C1→Q10(二极管)之间形成回路。由此可以使得Q10两端压降仍保持在零，从而实现零电压关断。
由图4a可以看出，Q2和Q10在同一时刻电压是反向的，即，交错了180°工作，进一步可以看出，在Q10导通的时间段内，Qr完成了一次关断再导通，当再次关断时，Q10也关断，Q2导通，实现Q2的零电压开通。以此类推，在Q2关断时，Q10再次导通，分别实现Q2的零电压关断和Q10的零电压开通。Q2实现零电压开关的具体过程与Q10相似，为了简洁，这里不再赘述。
图4b是根据本发明实施例的PFC模块在电池组供电模式的时序图。如图4b所示，Q1、Q7和Q9电池组供电模式时，二极管导通，或者通过同步整流控制，Q2、Q8和Q10主开关管导通给C1充电。并且，通过L4中第一线圈、第二线圈和第三线圈反向耦合，使Q2、Q8和Q10交错120°工作，通过谐振模块使Q2、Q8和Q10实现零电压开关。
具体而言，由图4b可以看出，在Q10、Q8和Q2的每一次开通之前，都会先导通Qr，可对应于图中的t4、t6和t8时刻，电流经过Qr分别流入Q10、Q8或Q2。同样地，在Q10、Q8和Q2的每一次关断之前，都会先关断Qr，可对应于图4b中的t5、t7和t9时刻，电流经过D1流入Cr，通过Cr放电使电流经过D1→C1→Q10(或者Q8、Q2)的二极管。通过加入谐振模块270使得PFC模块220中各开关管实现零电压开关的详细说明在上文中已经详细描述，为了简洁，这里不再赘述。
进一步地，在Qr导通以前，Qr两端的压降也不为零，但是由于Lr和Cr的充放电，使Lr工作在断续模式。也就是说，由市电输入模块210流入Lr的电流在Qr导通时经过Qr，使Qr上电流缓慢上升，在Qr关断时，市电输入模块210输出的交流电不会流入Lr，Qr上电流为零，Lr上的电能会通过D1给Cr充电。因此，Qr在导通瞬间的电流为零，能够实现零电流开通。
需要说明的是，谐振模块270中D1用于控制电流的方向，使得Qr关断时，电流由Lr→D1→Cr，以保证Cr的两端压降在近母线电容端高，在远母线电容端低。
还需要说明的是，当Lr对Cr进行充电时，很容易使Cr的电压充至上千伏，通过在谐振模块270中加入D2，是D2的正极连接于Cr的第二端，D2的负极连接于C1的正极，对Lr流入Cr的电流分流，以使Cr的电压与C1的电压相同时，不再对Cr充电，而不致于造成Cr的电压升到太高，为Cr选用较大的容值，增加成本。本发明实施例通过D2的控制，使得Cr中的电压充至与C1两端压降相同时便不再向Cr充电，从而便于确定与选用Cr的容值，避免因压降太高而造成Cr的电容很大造成的不必要的成本。
还需要说明的是，D3、D4和D5分别用于隔离各桥臂的电流，以使第一桥臂的电流经D3流入Lr，第二桥臂的电流经D4流入Lr，第三桥臂的电流经D5流入Lr。
因此，本发明实施例的UPS的电路，通过在PFC模块并联谐振模块，使得PFC模块在开关器件实现零电压开关，从而进一步降低开关器件的功率损耗，提高UPS转换效率，降低运营成本。
可选地，该第一开关器件Q1、第二开关器件Q2、第三开关器件Q9和第四开关器件Q10还可以包含谐振电容，该谐振电容可以为Q1、Q2、Q9和Q10的寄生电容，也可以是分别并联在Q1、Q2、Q9和Q10两端的电容。谐振电容可以用于在Q1、Q2、Q9和Q10导通时充电，在Q1、Q2、Q9和Q10关断时放电，进一步延长各开关器件维持零压差的时间，以更好的实现零电压开关，降低开关的功率损耗，提高UPS转换效率。
可选地，逆变模块240包括第二耦合电感L5、第七开关器件Q5、第八开关器件Q6、第九开关器件Q11、第十开关器件Q12和滤波电容C2，第二耦合电感L5包括反向耦合的第四线圈和第五线圈，第四线圈的第一端与第五线圈的第一端经滤波电容C2接入参考地N，第七开关器件Q5的第一端与第九开关器件Q11的第一端连接于母线电容C1的正极，第七开关器件Q5的第二端与第八开关器件Q6的第一端连接于第四线圈的第二端，第九开关器件Q11的第二端与第十开关器件Q12的第一端连接于第五线圈的第二端，第八开关器件Q6的第二端与第十开关器件Q12的第二端连接于母线电容C1的负极，以使第七开关器件Q5的电流与第九开关器件Q11的电流的方向相反，或者，第八开关器件Q6的电流与第十开关器件Q12的电流的方向相反。
具体而言，Q5和Q6串联构成第四桥臂，Q7和Q8串联构成第五桥臂，L5包括反向耦合的第四线圈和第五线圈，其中，第四线圈接入第四桥臂的中点，第五线圈接入第五桥臂的中点，以使得第四桥臂和第五桥臂在同一时刻的电流方向相反，以实现在逆变模块240中交错180°工作，从而使得原来纹波较大的两路电流叠加在一起。从总体上看，纹波电流减小，使输出的电流连续性更好，从而就可以减小第一桥臂和第二桥臂中各开关器件的开关频率。而开关频率与功率损耗密切相关，减少开关频率，即降低了功率损耗，因此，进一步地降低了开关的功率损耗，提高UPS转换功率。
应理解，以上所述的谐振模块也可以用于逆变模块中，以实现逆变模块中各开关器件的零电压开关，本发明对此并未特别限定。
因此，本发明实施例的UPS的电路，通过在逆变模块中加入耦合电感，使桥臂之间交错工作，以减少开关频率，减低功率损耗，提高UPS转换效率。
可选地，PFC模块220还包括第十一开关器件Q3、第十二开关器件Q4、第十三开关器件Q13和第十四开关器件Q14，第十一开关器件Q3与第十三开关器件Q13并联，第十二开关器件Q4与第十四开关器件Q14并联，第十一开关器件Q3的第一端与第十三开关器件Q13的第一端连接于母线电容C1的正极，第十一开关器件Q3的第二端、第十二开关器件Q4的第一端、第十三开关器件Q13的第二端与第十四开关器件Q14的第一端连接于参考地N，第十二开关器件Q4的第二端与第十四开关器件Q14的第二端连接于母线电容C1的负极。
具体而言，该Q3、Q4和Q13、Q14可以对应于图1中的Q3和Q4，即，可以理解为在图1中的Q3和Q4并联了两个开关器件Q13、Q14。通过并联的方式可以降低开关器件的阻抗，当电路中电流不变时，可以降低功率损耗，进一步提高UPS转换效率。
可选地，以上列举的第一开关器件至第十四开关器件均可以为IGBT或者MOSFET。应理解，IGBT和MOSFET仅为示例而非限定，其他用于实现控制电路开关的元件或开关组件均落入本发明的保护范围。
还应理解，上述列举的二极管仅为示例性说明，不应对本发明构成任何限定，本发明也不应限于此。其他用于实现单向导通的器件(包括独立的器件或多个元件组成的器件)均落入本发明的保护范围内。
还应理解，上述的开关器件及其连接关系仅为示例性说明，不应对本发明构成任何限定，每一个开关器件可以为一个独立的开关器件，也可以为并联的多个元件组成的开关器件，本发明对此并未特别限定。其他用于控制电路的开关器件，均落入本发明的保护范围。
因此，本发明实施例的UPS的电路，通过耦合电感产生反向耦合电流，使各桥臂之间交错工作，以减少纹波电流，从而减少开关频率，降低开关器件的功率损耗，提高UPS转换功率，降低运营成本。
以上结合图2至图4详细说明了根据本发明实施例的一种UPS的电路。以下，结合图5详细说明本发明又一实施例的一种UPS的电路。
图5是根据本发明又一实施例的一种UPS的电路的示意图。如图5所示，该电路包括：市电输入(AC)模块310、功率因数校正PFC模块320、谐振模块330、逆变模块340、充电器模块350和电池组(BAT)模块360，其中，
市电输入模块310的输出端连接于PFC模块的输入端，用于向PFC模块输出初始交流电；
PFC模块320用于对初始交流电进行升压、整流，以输出直流电，PFC模块第一电感L1、第一开关器件Q1、第二开关器件Q2和母线电容C1，该母线电容C1用于储存市电输入模块310或电池组模块360通过PFC模块320送入的电能，并向逆变模块340释放该电能，该第一电感L1用于对该初始交流电进行升压，该第一电感L1的第一端连接于市电输入模块210的输出端，该第一开关器件Q1的第一端连接于该母线电容C1的正极，该第一开关器件的Q1第二端与该第二开关器件Q2的第一端连接于第一电感L1的第二端，该第二开关器件Q2的第二端连接于该母线电容C1的负极；
谐振模块330包括：谐振电感Lr、谐振电容Cr、第一二极管D1和谐振开关器件Qr，该谐振电感Lr的第一端和该谐振电容Cr的第一端连接于第一电感L1的第二端，该第一二极管D1的正极连接于该谐振电感L1的第二端，该第一二极管D1的负极连接于该谐振电容Cr的第二端，该谐振开关器件Qr的第一端连接于该谐振电感Lr的第二端，该谐振开关器件Qr的第二端连接于该母线电容C1的负极，以使电流在该谐振开关器件Qr导通状态经过该谐振开关器件Qr流入第二开关器件Q2，在该谐振开关器件Qr断开状态经过该第一二极管D1流入该谐振电容Cr；
逆变模块340的输入端连接于PFC模块220的输出端，用于将该直流电转换为目标交流电；
充电器模块350的输入端连接于PFC模块320的输出端，用于在市电输入模块310供电时向电池组模块360充电；
电池组模块360的输出端连接于PFC模块320的输入端，用于在市电输入模块310断电时供电。
具体而言，市电输入模块310连续地向PFC模块320输入初始交流电。该PFC模块320包括第一开关器件Q1和第二开关器件Q2，Q1和Q2串联连接，构成第一桥臂。在该初始交流电的正周期，该PFC模块320中的Q14关断，Q2导通，电流通过该Q2给C1充电；在该初始交流电的负半周，该PFC模块320中的Q2关断，Q1导通，电流通过Q1给C1充电。
本发明实施例中，在该UPS电路中加入了谐振模块330，该谐振模块330包括Lr、Cr、D1和Qr，该Lr的第一端和该Cr的第一端连接于L1的第二端。也就是说，PFC模块320的输入端和谐振模块330的输入端汇于一点，即L1的第二端，市电输入模块310的输出端可以直接或者间接地接入L1的第二端。D1的正极连接于Lr的第二端，D1的负极连接于Cr的第二端，以使电流从Lr经该D1流向Cr。也就是说，D1和Lr串联后，再和Cr并联，使电流在Lr→D1→Cr之间形成回路。Qr的第一端连接于Lr的第二端，Qr的第二端连接于C1的负极，以使电流在Qr导通状态流入该Qr，在Qr断开状态经过D1流入Cr，给Cr充电。
以下以Q2为例详细说明谐振模块330分别在市电供电模式和电池组供电模式用于降低开关器件功率损耗的具体过程。
在市电供电模式的正半周，电流首先由Q1的二极管流入，使得Q2两端压降为C1两端压降，在Q2导通前，首先导通Qr，使电流从Lr流入，此时的电流流向为Lr→Qr→Q2(二极管)，从而在Q2两端的压差降下来直至为零时，导通Q2，电流从Q2流入，电流流向为L1→Q2→Q4(二极管)→N。在Q2导通的瞬间，虽然有电流流入，但因压降为零，功率仍为零，因此实现了零电压开通，减少了功率损耗。
在Q2导通时关断Qr，使由Lr流入的电流经D1给Cr充电，在Cr上储存电能，直至与C1两端压降相同(例如，400V)。
在Q2关断时刻，由于通过Cr上储存的电能放电，使电流在Cr→C1→Q2(二极管)→D1之间形成回路。由此可以使得Q2两端压降仍保持在零，从而实现零电压关断。
因此，本发明实施例的UPS的电路，通过在PFC模块并联谐振模块，使得PFC模块中的开关器件实现零电压开关，从而减低开关器件的功率损耗，提高UPS转换功率，降低运营成本。
可选地，该谐振模块330还包括第二二极管D2，该第二二极管D2的正极连接于该谐振电容Cr的第二端，该第二二极管D2的负极连接于该母线电容C1的正极。
在本发明实施例中，当Lr对Cr进行充电时，很容易使Cr的电压充至上千伏，通过在该谐振模块330中加入D2，使D2的正极连接于该Cr的第二端，第D2的负极连接于C1的正极，对Lr流入Cr的电流分流，以使Cr的电压与C1的电压相同，而不致于造成Cr的电压升到太高，从而需要为Cr选用电容较大的元件，增加成本。
因此，本发明实施例通过D2的控制，使得Cr中的电压充至与C1两端压降相同时便不再向Cr充电，从而便于确定与选用Cr的容值，避免因压降太高而造成Cr的电容很大造成的不必要的成本。
可选地，如图5所示，该电路还可以包括切换模块370，该切换模块370包括第一继电器K1、第二继电器K2和第三继电器K3，其中，K1配置于市电输入模块310的输出端与PFC模块320的输入端之间，K2配置于电池组模块360的输出端与PFC模块320的输入端之间，K3配置于电池组模块360的输出端与充电器模块350的输出端之间。
具体而言，K1导通时，市电输入模块310向PFC模块320输入初始交流电，此时K3也导通，以使充电器模块350向电池组模块360充电。当市电断电时，K1断开，K2导通，以使电池组模块360向PFC模块320输电。
需要说明的是，切换模块作为控制电路的一种方法，仅为示例性说明，不应对本发明构成任何限定，本发明也不应限于此。
因此，本发明实施例的UPS的电路，通过在PFC模块并联谐振模块，使得PFC模块中的开关器件实现零电压开关，从而减低开关器件的功率损耗，提高UPS转换功率，降低运营成本。
可选地，第一电感包括第一耦合电感L4，PFC模块320还包括第三开关器件Q9和第四开关器件Q10，其中，第一耦合电感L4包括第一线圈和第二线圈，第一线圈的第一端与第二线圈的第一端连接于市电输入模块310的输出端，第一开关器件Q1的第一端与第三开关器件Q9的第一端连接于母线电容C1的正极，第一开关器件Q1的第二端与第二开关器件Q2的第一端连接于第一线圈的第二端，第三开关器件Q9的第二端和第四开关器件Q10的第一端连接于第二线圈的第二端，第二开关器件Q2的第二端和第四开关器件Q10的第二端连接于母线电容C1的负极，第四开关器件Q10在初始交流电的正半周导通，第三开关器件Q9在初始交流电的负半周导通，第一线圈与第二线圈反向耦合，以使第一开关器件Q1的电流与第三开关器件Q9的电流的方向相反，或者，第二开关器件Q2的电流与第四开关器件Q10的电流的方向相反；
谐振模块还包括第三二极管D3和第四二极管D4，第三二极管D3的负极和第四二极管D4的负极连接于谐振电感Lr的第一端，第三二极管D3的正极连接于第一线圈的第二端，第四二极管D4的正极连接于第二线圈的第二端。
具体而言，通过第一线圈和第二线圈的反向耦合，使得Q1、Q2构成的第一桥臂与Q9、Q10构成的第二桥臂交错180°工作，从而实现各开关器件的零电压开关，并使得各开关器件的开关频率降低，降低功率损耗，提高UPS转换效率。各开关器件的具体动作以及耦合电感的作用在上文中已经详细说明，为了简洁，这里不再赘述。
可选地，该第一开关器件Q1、第二开关器件Q2、第三开关器件Q9和第四开关器件Q10还可以包含谐振电容，该谐振电容可以为Q1、Q2、Q9和Q10的寄生电容，也可以是分别并联在Q1、Q2、Q9和Q10两端的电容。谐振电容可以用于在Q1、Q2、Q9和Q10导通时充电，在Q1、Q2、Q9和Q10关断时放电，进一步延长各开关器件维持零压差的时间，以更好的实现零电压开关，降低开关的功率损耗，提高UPS转换效率。
可选地，第一耦合电感L4还包括第三线圈，第三线圈的第一端连接于电池组模块360的输出端，第三线圈与第二线圈反向耦合，充电器模块350包括第五开关器件Q7和第六开关器件Q8，第五开关器件Q7的第一端连接于母线电容C1的正极，第五开关器件Q7的第二端与第六开关器件Q8的第一端连接于第三线圈的第二端，第六开关器件Q8的第二端连接于母线电容C1的负极；
谐振模块330还包括第五二极管D5，第五二极管D5的负极连接于谐振电感的第一端，第五二极管的正极连接于第三线圈的第二端。
本发明实施例的电路可对应于图3中的电路。具体地，第三线圈的第一端连接于电池组模块360的输出端，第三线圈的第二端连接于充电器模块350的第五开关器件Q7和第六开关器件Q8构成的第三桥臂的中点，通过第一线圈、第二线圈和第三线圈的反向耦合，使第一桥臂、第二桥臂和第三桥臂在电池组工作模式能够交错120°工作，从而，使得原来纹波较大的三路电流叠加在一起，从总体上看，纹波电流减小，使输出的电流连续性更好，从而就可以减小第一桥臂、第二桥臂和第三桥臂中各开关器件的开关频率。而开关频率与功率损耗密切相关，减少开关频率，即降低了功率损耗，因此，进一步地降低了开关的功率损耗，提高UPS转换功率。
进一步地，由于第三线圈与第二线圈的反向耦合，使得第二线圈在第三线圈产生反向的耦合电流，电池组模块360在充电第二阶段充电接近饱和时，通过耦合电流的作用，使第三线圈不断地续流，从而使得电池组继续充电至饱和，避免Q7和Q8的频繁开关，从而进一步地降低功率损耗，提高UPS转换效率。
可选地，逆变模块340包括第二耦合电感L5、第七开关器件Q5、第八开关器件Q6、第九开关器件Q11、第十开关器件Q12和滤波电容C2，第二耦合电感L5包括反向耦合的第四线圈和第五线圈，第四线圈的第一端与第五线圈的第一端经滤波电容C2接入参考地N，第七开关器件Q5的第一端与第九开关器件Q11的第一端连接于母线电容C1的正极，第七开关器件Q5的第二端与第八开关器件Q6的第一端连接于第四线圈的第二端，第九开关器件Q11的第二端与第十开关器件Q12的第一端连接于第五线圈的第二端，第八开关器件的第二端Q6与第十开关器件Q12的第二端连接于母线电容C1的负极，以使第七开关器件Q5的电流与第九开关器件Q11的电流的方向相反，或者，第八开关器件Q6的电流与第十开关器件Q12的电流的方向相反。
具体而言，Q5和Q6串联构成第四桥臂，Q7和Q8串联构成第五桥臂，L5包括反向耦合的第四线圈和第五线圈，其中，第四线圈接入第四桥臂的中点，第五线圈接入第五桥臂的中点，以使得第四桥臂和第五桥臂的在同一时刻的电流方向相反，以实现在逆变模块340中交错180°工作，从而减少开关频率，减少功率损耗。具体分析在上文中已经详细说明，为了简洁，这里不再赘述。
应理解，以上所述的谐振模块也可以用于逆变模块中，以实现逆变模块中各开关器件的零电压开关，本发明对此并未特别限定。
可选地，PFC模块320还包括第十一开关器件Q3、第十二开关器件Q4、第十三开关器件Q13和第十四开关器件Q14，第十一开关器件Q3与第十三开关器件Q13并联，第十二开关器件Q4与第十四开关器件Q14并联，第十一开关器件Q3的第一端与第十三开关器件Q13的第一端连接于母线电容C1的正极，第十一开关器件Q3的第二端、第十二开关器件Q4的第一端、第十三开关器件Q13的第二端与第十四开关器件Q14的第一端连接于参考地N，第十二开关器件Q4的第二端与第十四开关器件Q14的第二端连接于母线电容C1的负极。
具体而言，该Q3、Q4和Q13、Q14可以对应于图1中的Q3和Q4，即，可以理解为在图1中的Q3和Q4并联了两个开关器件Q13、Q14。通过并联的方式可以降低开关器件的阻抗，当电路中电流不变时，可以降低功率损耗，进一步提高UPS转换效率。
可选地，以上列举的第一开关器件至第十四开关器件均可以为IGBT或者MOSFET。应理解，IGBT和MOSFET仅为示例而非限定，其他用于实现控制电路开关的元件或开关组件均落入本发明的保护范围。
因此，本发明实施例的UPS的电路，通过在PFC模块并联谐振模块，使得PFC模块在开关器件实现零电压开关，从而减低开关器件的功率损耗，并通过耦合电感使桥臂间交错工作，减少开关频率，进一步降低功率损耗，提高UPS转换功率，降低运营成本。
应理解，上述的开关器件及其连接关系仅为示例性说明，不应对本发明构成任何限定，每一个开关器件可以为一个独立的开关器件，也可以为并联的多个元件组成的开关器件，本发明对此并未特别限定。其他用于控制电路的开关器件，均落入本发明的保护范围。
还应理解，上述列举的二极管仅为示例性说明，不应对本发明构成任何限定，本发明也不应限于此。其他用于实现单向导通的器件(包括独立的器件或多个元件组成的器件)均落入本发明的保护范围内。
本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统、装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统、装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。
所述功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，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方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(Read-Only Memory，ROM)、随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (13)

1.一种不间断电源UPS的电路，其特征在于，包括：
市电输入模块、功率因数校正PFC模块、逆变模块、充电器模块和电池组模块，其中，
所述市电输入模块的输出端连接于所述PFC模块的输入端，用于向所述PFC模块输出初始交流电；
所述PFC模块用于对所述初始交流电进行升压、整流，以输出直流电，所述PFC模块包括第一耦合电感、第一开关器件、第二开关器件、第三开关器件、第四开关器件和母线电容，所述母线电容用于储存所述市电输入模块或所述电池组模块通过所述PFC模块送入的电能，并向所述逆变模块释放所述电能，其中，所述第一耦合电感包括第一线圈和第二线圈，所述第一线圈的第一端与所述第二线圈的第一端连接于所述市电输入模块的输出端，所述第一开关器件的第一端与所述第三开关器件的第一端连接于所述母线电容的正极，所述第一开关器件的第二端、所述第二开关器件的第一端连接于所述第一线圈的第二端，所述第三开关器件的第二端、所述第四开关器件的第一端连接于所述第二线圈的第二端，所述第二开关器件的第二端与所述第四开关器件的第二端连接于所述母线电容的负极，所述第二开关器件与所述第四开关器件在所述初始交流电的正半周导通，所述第一开关器件与所述第三开关器件在所述初始交流电的负半周导通，所述第一线圈与所述第二线圈反向耦合，以使所述第一开关器件的电流与所述第三开关器件的电流的方向相反，或者，所述第二开关器件的电流与所述第四开关器件的电流的方向相反；
所述逆变模块的输入端连接于所述PFC模块的输出端，用于将所述直流电转换为目标交流电；
所述充电器模块的输入端连接于所述PFC模块的输出端，用于在所述市电输入模块供电时向所述电池组模块充电；
所述电池组模块的输出端连接于所述PFC模块的输入端，用于在所述市电输入模块断电时供电。
2.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述第一耦合电感还包括第三线圈，所述第三线圈与所述第二线圈反向耦合，所述第三线圈的第一端连接于所述市电输入模块的输出端，所述充电器模块包括第五开关器件和第六开关器件，所述第五开关器件的第一端连接于所述母线电容的正极，所述第五开关器件的第二端与所述第六开关器件的第一端连接于所述第三线圈的第二端，所述第六开关器件的第二端连接于所述母线电容的负极。
3.根据权利要求2所述的电路，其特征在于，所述电路还包括谐振模块，所述谐振模块包括：谐振电感、谐振电容、第一二极管、第二二极管、第三二极管、第四二极管、第五二极管和谐振开关器件，所述第一二极管的正极连接于所述谐振电感的第二端，所述第一二极管的负极连接于所述谐振电容的第二端，所述谐振开关器件的第一端连接于所述谐振电感的第二端，所述谐振开关器件的第二端连接于所述母线电容的负极，以使电流在所述谐振开关器件导通状态经过所述谐振开关器件流入所述第二开关器件、所述第四开关器件或所述第六开关器件，在所述谐振开关器件断开状态经过所述第一二极管流入所述谐振电容，所述第二二极管的正极连接于所述谐振电容的第二端，所述第二二极管的负极连接于所述母线电容的负极，所述第三二极管的负极、所述第四二极管的负极和所述第五二极管的负极连接于所述谐振电感的第一端，所述第三二极管的正极连接于所述第一线圈的第二端，所述第四二极管的正极连接于所述第二线圈的第二端，所述第五二极管的正极连接于所述第三线圈的第二端。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的电路，其特征在于，所述逆变模块包括第二耦合电感、第七开关器件、第八开关器件、第九开关器件、第十开关器件和滤波电容，所述第二耦合电感包括反向耦合的第四线圈和第五线圈，所述第四线圈的第一端与所述第五线圈的第一端经所述滤波电容接入参考地，所述第七开关器件的第一端与所述第九开关器件的第一端连接于所述母线电容的正极，所述第七开关器件的第二端与所述第八开关器件的第一端连接于所述第四线圈的第二端，所述第九开关器件的第二端与所述第十开关器件的第一端连接于所述第五线圈的第二端，所述第八开关器件的第二端与所述第十开关器件的第二端连接于所述母线电容的负极，以使所述第七开关器件的电流与所述第九开关器件的电流的方向相反，或者，所述第八开关器件的电流与所述第十开关器件的电流的方向相反。
5.根据权利要求1至3中任一项所述的电路，其特征在于，所述PFC模块还包括第十一开关器件、第十二开关器件、第十三开关器件和第十四开关器件，所述第十一开关器件与所述第十三开关器件并联，所述第十二开关器件与所述第十四开关器件并联，所述第十一开关器件的第一端与所述第十三开关器件的第一端连接于所述母线电容的正极，所述第十一开关器件的第二端、所述第十二开关器件的第一端、所述第十三开关器件的第二端与第十四开关器件的第一端连接于参考地，所述第十二开关器件的第二端与所述第十四开关器件的第二端连接于所述母线电容的负极。
6.根据权利要求1至3中任一项所述的电路，其特征在于，所述第一开关器件、所述第二开关器件、所述第三开关器件和所述第四开关器件均为绝缘栅双极性晶体管IGBT。
7.一种不间断电源UPS的电路，其特征在于，包括：
市电输入模块、功率因数校正PFC模块、谐振模块、逆变模块、充电器模块和电池组模块，其中，
所述市电输入模块的输出端连接于所述PFC模块的输入端，用于向所述PFC模块输出初始交流电；
所述PFC模块用于对所述初始交流电进行升压、整流，以输出直流电，所述PFC模块包括第一电感，第一开关器件、第二开关器件和母线电容，所述母线电容用于储存所述市电输入模块或所述电池组模块通过所述PFC模块送入的电能，并向所述逆变模块释放所述电能，所述第一电感的第一端连接于所述市电输入模块的输出端，所述第一开关器件的第一端连接于所述母线电容的正极，所述第一开关器件的第二端与所述第二开关器件的第一端连接于所述第一电感的第二端，所述第二开关器件的第二端连接于所述母线电容的负极，所述第一开关器件在所述初始交流电的正半周导通，所述第二开关器件在所述初始交流电的负半周导通；
所述谐振模块包括：谐振电感、谐振电容、第一二极管和谐振开关器件，所述谐振电感的第一端和所述谐振电容的第一端连接于所述第一电感的第二端，所述第一二极管的正极连接于所述谐振电感的第二端，所述第一二极管的负极连接于所述谐振电容的第二端，所述谐振开关器件的第一端连接于所述谐振电感的第二端，所述谐振开关器件的第二端连接于所述母线电容的负极，以使电流在所述谐振开关器件导通状态经过所述谐振开关器件流入所述第二开关器件，在所述谐振开关器件断开状态经过所述第一二极管流入所述谐振电容；
所述逆变模块的输入端连接于所述PFC模块的输出端，用于将所述直流电转换为目标交流电；
所述充电器模块的输入端连接于所述PFC模块的输出端，用于在所述市电输入模块供电时向所述电池组模块充电；
所述电池组模块的输出端连接于所述PFC模块的输入端，用于在所述市电输入模块断电时供电。
8.根据权利要求7所述的电路，其特征在于，所述谐振模块还包括第二二极管，所述第二二极管的正极连接于所述谐振电容的第二端，所述第二二极管的负极连接于所述母线电容的正极。
9.根据权利要求7所述的电路，其特征在于，所述第一电感包括第一耦合电感，所述PFC模块还包括第三开关器件和第四开关器件，其中，所述第一耦合电感包括第一线圈和第二线圈，所述第一线圈的第一端与所述第二线圈的第一端连接于所述市电输入模块的输出端，所述第一开关器件的第一端与所述第三开关器件的第一端连接于所述母线电容的正极，所述第一开关器件的第二端与所述第二开关器件的第一端连接于所述第一线圈的第二端，所述第三开关器件的第二端和所述第四开关器件的第一端连接于所述第二线圈的第二端，所述第二开关器件的第二端和所述第四开关器件的第二端连接于所述母线电容的负极，所述第四开关器件在所述初始交流电的正半周导通，所述第三开关器件在所述初始交流电的负半周导通，所述第一线圈与所述第二线圈反向耦合，以使所述第一开关器件的电流与所述第三开关器件的电流的方向相反，或者，所述第二开关器件的电流与所述第四开关器件的电流的方向相反；
所述谐振模块还包括第三二极管和第四二极管，所述第三二极管的负极和所述第四二极管的负极连接于所述谐振电感的第一端，所述第三二极管的正极连接于所述第一线圈的第二端，所述第四二极管的正极连接于所述第二线圈的第二端。
10.根据权利要求9所述的电路，其特征在于，所述第一耦合电感还包括第三线圈，所述第三线圈的第一端连接于所述电池组模块的输出端，所述第三线圈与所述第二线圈反向耦合，所述充电器模块包括第五开关器件和第六开关器件，所述第五开关器件的第一端连接于所述母线电容的正极，所述第五开关器件的第二端与所述第六开关器件的第一端连接于所述第三线圈的第二端，所述第六开关器件的第二端连接于所述母线电容的负极；
所述谐振模块还包括第五二极管，所述第五二极管的负极连接于所述谐振电感的第一端，所述第五二极管的正极连接于所述第三线圈的第二端。
11.根据权利要求9或10所述的电路，其特征在于，所述逆变模块包括第二耦合电感、第七开关器件、第八开关器件、第九开关器件、第十开关器件和滤波电容，所述第二耦合电感包括反向耦合的第四线圈和第五线圈，所述第四线圈的第一端与所述第五线圈的第一端经所述滤波电容接入参考地，所述第七开关器件的第一端与所述第九开关器件的第一端连接于所述母线电容的正极，所述第七开关器件的第二端与所述第八开关器件的第一端连接于所述第四线圈的第二端，所述第九开关器件的第二端与所述第十开关器件的第一端连接于所述第五线圈的第二端，所述第八开关器件的第二端与所述第十开关器件的第二端连接于所述母线电容的负极，以使所述第七开关器件的电流与所述第九开关器件的电流的方向相反，或者，所述第八开关器件的电流与所述第十开关器件的电流的方向相反。
12.根据权利要求7至10中任一项所述的电路，其特征在于，所述PFC模块还包括第十一开关器件、第十二开关器件、第十三开关器件和第十四开关器件，所述第十一开关器件与所述第十三开关器件并联，所述第十二开关器件与所述第十四开关器件并联，所述第十一开关器件的第一端与所述第十三开关器件的第一端连接于所述母线电容的正极，所述第十一开关器件的第二端、所述第十二开关器件的第一端、所述第十三开关器件的第二端与第十四开关器件的第一端连接于参考地，所述第十二开关器件的第二端与所述第十四开关器件的第二端连接于所述母线电容的负极。
13.根据权利要求7至10中任一项所述的电路，其特征在于，所述谐振开关器件、所述第一开关器件和所述第二开关器件均为绝缘栅双极性晶体管IGBT。
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