CN106058874A - 一种龙头型ups电源 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种龙头型UPS不间断电源，为三端口结构，电网正常时，龙头开关串接在电网和负载之间。特点有三：其一，所有负载电流都流经龙头开关，故控制负载电流的波形和相位，使其相位逼近电网电压相位，便可完成输入功率因数校正；其二，负载电压是电网电压与龙头开关输出电压Δ的代数和，调整Δ值，便可稳压。假如电网电压为200V，带1100W负载，则龙头开关需输出20V，5A，100W，其余1000W由电网直接提供，此例表明：用100W电源带动1100W负载；其三，本电源可将来自太阳能光伏系统或蓄电池系统的直流电压逆变为全幅正弦波，直接并网或供给负载。

Description

一种龙头型UPS电源

技术领域

本发明涉及电源技术领域，具体地说是一种龙头型UPS不间断电源，其主机也可以单独作为兼有输出电压移相功能的各类交流稳压电源、调压电源，用于实验室、车间、工矿，乃至小型发电站、太阳能光伏系统的并网设备。

背景技术

能效、环保，低成本一直是电源领域的三个技术焦点。现在市场上流行的各种UPS电源、交流电源，技术都很成熟，但缺点是：

1、为了满足我国3C及相关国际规范对环保的要求，不得不牺牲能效、成本等指标，在输入端加入各种不同的功率因数校正电路，这些无疑将增加电源自身能耗、成本；

2、负载所需能量全部经电源自身提供，致使效率无法进一步提高。为提高效率，往往在电网稳定时采用旁路开关，直接由电网供电，但这又失去了输入功率因数校正功能。

发明内容

本发明公开一种龙头型UPS电源，在电网正常时，龙头开关3串接在电网和负载之间.电网电压无阻拦地加在龙头开关3的输出高频开关管上，当高频开关管开启时，使电网输入电流与负载电流形成一个闭合电流回路，因此龙头开关3可以控制负载电流的相位，使其逼近电网电压的相位，完成输入功率因数校正，从而省去单独设置的功率因数校正级；同时，加在负载上的电压，为龙头开关3输出电压Δ与电网电压的代数和，调整Δ值，就可以完成稳压。

本专利的目标是，在完成输入功率因数校正的前提下，最大限度地提高电源自身能效：

1、龙头开关输出只占负载总功率的很小一部分，绝大部分是由电网直接提供的。假如允许电网电压波动±20％，则至少80％的负载功率是由电网直接供给的，这将极大地减少了电源自身损耗；

2、本龙头型UPS电源输出级兼有输入功率因数校正功能，省去了单独设置的功率因数校正级的自身能耗；

3、输入整流二极管自身能耗很小：当电网电压不低于额定电压的20％时，则有80％到100％的能量不经整流二极管，直接由电网供给。

本发明采用如下技术方案解决上述技术问题：

采用三端口结构，交流输入与输出共N[NEUTRAL]线，在电网正常时，龙头开关3串接在电网和负载之间，其输出高频开关管可以接通或切断电网与负载间的电流通路，因此它可以控制负载电流的相位，使其逼近电网电压的相位，从而完成输入功率因数校正；同时，加在负载上的电压，为龙头开关3输出电压Δ与电网电压的代数和，改变Δ值，就可以完成稳压。

以下结合附图加以说明。

附图说明

图1为本发明一种龙头型UPS电源框图；

图2为本发明的一种实施例框图；

附图中，各标号所代表的部件列表如下：

1为输入滤波电路，2为输入切换开关，3为龙头开关，4为控制电路，5为蓄电池系统.H、N为电网输入线，H′、N为本龙头型UPS电源的输出线.I1、I2为电流测试点，[T1+T2]为变压器，【S1+S2]为输出切换开关.

具体实施方式

以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

如图1所示，本发明一种龙头型UPS电源框图：

它包括输入滤波电路1、输入切换开关2、龙头开关3、控制电路4、蓄电池系统5。

初加电，龙头开关3的储能电容C1、C2被充电.C1、C2上的电压，成为龙头开关3输出高频开关管Q1、Q2的工作电压。正半周，当Q1导通时，便经储能电容C1，从电网吸取电流，经滤波电感Lo、变压器【T1+T2】加给负载，此时，储能电容C1放电，当Q1截止时，滤波电感Lo的续流电流便经过Q2的并联二极管，为储能电容C2充电，因此可以大部分或全部取代输入整流二极管的整流功能.当Q2导通时，可以将负载端过多的能量经储能电容C2部分回馈给电网，此时，储能电容C2放电，当Q2截止时，其续流又给储能电容C1充电，负半周与此类同.这种与电网的直接能量交换是没有时间死区的，因此，就可以完成功率因数校正功能，而却省去了一级高频变换---功率因数校正级的成本和能耗.

当电网故障时，输入切换开关2将储能电容C1、C2的节点切离电网输入的火线H1，蓄电池系统开始供电，龙头开关3的输出由小幅正弦波转变为全幅正弦波，供给负载。

图2为本发明的一种实施例框图。

图2，为删去蓄电池系统后，本龙头型UPS电源的主机框图。

电网电压正半周时，龙头开关输出开关管Q1开启，从电网吸取能量经变压器【T1、T2】增流降压供给负载，储能电容C1放电，Q1截止，输出电感Lo的续流经输出开关管Q2的续流二极管，为储能电容C2充电，Q2开启，C2放电，同时将部分输出多余的能量返还给电网；负半周类同。

本实施例，可作为移相、稳压、调压的各种交流电源，用于家电、实验室、配电室，乃至小型风力发电站、小型水力发电站的并网设备，将发出的电进行稳压、移相之后直接并网。

Claims (9)

1.一种龙头型UPS电源，其特征在于：

属三端口拓扑结构，输入与输出共N[NEUTRAL]线，它包括输入滤波电路1、输入切换开关2、龙头开关3、控制电路4和蓄电池系统5。

2.根据权利要求1所述的一种龙头型UPS电源，其特征在于：

输入切换开关2，当电网正常时，将龙头开关3的A输入端，切向来自电网的火线H1，为电网供电状态；当电网故障时，将龙头开关3的A输入端，切向悬空状态，为太阳能光伏系统或蓄电池系统直流供电状态，根据需要，输入切换开关2可以省去或改为其他开关形式；

3.根据权利要求1所述的龙头开关3，其特征还在于：

龙头开关3是由整流二极管D1、D2及储能电容C1、C2以及高频开关管Q1、Q2、Q3、Q4、输出滤波电感Lo、输出滤波电容Co′、变压器[T1+T2]、输出切换开关【S1+S2]组成，整流二极管D1的正极与D2的负极节点接来自电网输入的N线，储能电容C1的负极与储能电容C2的正极节点接权利要求2所述的输入切换开关2的A点，储能电容C1的正极与整流二极管D1的负极节点V+接高频开关管Q1的1端，储能电容C2的负极与整流二极管D2的正极节点V-接高频开关管Q2的3端，高频开关管Q1的3端、Q2的1端、Q3的1端节点接输出滤波电感Lo的入端，滤波电感Lo的出端与滤波电容Co′的一端的节点接输出切换开关【S1+S2】的S1点，Co′的另一端与高频开关管Q4的1端的节点接输出切换开关【S1+S2】的S2点，输出切换开关【S1+S2】的T1、T2点分别接变压器【T1+T2】的输入端T1、T2，变压器【T1+T2】的中间抽头接本龙头型UPS电源的输出线H’，输出切换开关【S1+S2】的H’、N点分别接本龙头型UPS电源的输出H’线和N线。

4.根据权利要求3所述的龙头开关3，其特征还在于：

高频开关管Q3、Q4是互为反向串接的，与串接顺序无关，高频开关管Q1、Q2、Q3、Q4为MOSFET或IGBT等可控高频开关器件及其相应的续流器件；变压器[T1+T2]可为多种形式的自耦变压器或隔离变压器，根据使用环境，变压器[T1+T2]可以省去。

5.根据权利要求1所述的一种龙头型UPS电源，其特征还在于：

电容C3的一端接本龙头型UPS电源的输出H′线上，C3的另一端接输入切换开关2的A点上，根据使用环境，C3可以省去；滤波电容Co与可选电阻R并联跨接于本龙头型UPS电源的输出H′线与输出N线之间。

6.根据权利要求1所述的一种龙头型UPS电源，其特征还在于：

控制电路4的输入分别来自经输入滤波电路1输出的N线、输入切换开关2的A点、本龙头型UPS电源的输出H′线、整流储能电路的两个输出节点V+、V-、输入电流测试点I1、输出电流测试点I2；控制电路4的输出线分别接于龙头开关的高频开关管Q1、Q2、Q3、Q4的控制输入端2。

7.根据权利要求1所述的一种龙头型UPS电源，其特征还在于：

在电网正常时，龙头开关3串接在电网和负载之间，当高频开关管Q1或Q2开启时，电网输入电流与负载电流便形成一个闭合电流回路，龙头开关3控制负载电流的相位，使其逼近电网电压的相位，从而完成输入功率因数校正；同时，加在负载上的电压，为龙头开关3输出电压Δ与电网电压的代数和，改变Δ值，完成稳压；如果省去蓄电池系统5，本龙头型UPS电源的主机，可单独使用，用于需要稳压、调压、输出电压移相等场合。

8.根据权利要求1所述的一种龙头型UPS电源，其特征还在于：

蓄电池系统5，包括蓄电池、蓄电池充放电电路及其相应的控制电路和切换开关等，在电网故障时，龙头开关3将来自蓄电池系统的直流电压变换为全幅正弦波，供给负载；蓄电池系统5也可以是太阳能光伏系统。

9.本发明，适用于单相交流电系统，也适用于三相交流电系统。