CN107317388A - 用于控制ups输入电流的方法及ups控制器 - Google Patents

Abstract

本发明提供了用于控制UPS输入电流的方法及控制器，通过根据UPS的输入电压的变化来自适应地调整充电器电流，以使得UPS输入电流即便在满载情况下也基本上接近或低于额定输入电流，从而在现有线材规格的基础上解决了因输入电流超过额定输入电流而造成的器件和线材发热问题，同时避免了成本增加。

Description

用于控制UPS输入电流的方法及UPS控制器

技术领域

本发明涉及不间断电源UPS，尤其涉及控制UPS输入电流的方法。

背景技术

现代的不间断电源(Uninterruptible Power Supply，UPS)的主要优点在于它的不间断供电能力。图1给出了一个示例的典型UPS的结构示意。如图1所示，UPS通常包括整流/升压单元、逆变器、充电器、电池、控制单元、转换开关等，其一端连接电网另一端连接负载。在市电交流输入正常时，UPS通过整流器把来自电网的交流电整流成直流电，再通过逆变器把直流电逆变成稳定无杂质的交流电提供给负载使用，同时还通过充电器给其内部的电池充电。一旦市电交流输入异常，比如欠压了或者停电了又或者频率异常了，那么UPS通过逆变器将电池的直流电逆变成稳定无杂质的交流电，继续给负载使用。UPS控制单元(也可称为控制器)主要用于管理和配置诸如整流器、充电器之类的其他UPS组件、UPS工作模式等等。

通常在负载恒定的情况下，当输入电压降低时，输入电流必然会增大，特别是在满载情况下，当UPS输入电压为额定输入电压(在下文中也可简称为额定电压)时，其输入电流将达到额定输入电流(在下文中也可简称为额定电流)，随着输入电压的继续降低，输入电流可能会远远超过额定电流，这直接导致输入端器件(如插头、插座、端子台等)和线材(如电源线)发热情况出现，因此需要选择足够裕量线径的物料，但又会导致成本增加。

发明内容

因此，本发明的目的在于克服上述现有技术的缺陷，提供一种用于自适应控制UPS输入电流及UPS控制器的方法。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一方面，本发明提供了一种用于控制UPS输入电流的方法，该方法包括：

检测UPS的输入电压；

当所述输入电压介于输入电压下限与额定电压之间时，调整充电器电流以使得UPS输入电流基本上低于或接近额定输入电流；

其中充电器电流与输入电压之间至少满足下列条件：(额定功率/UPS效率+充电器额定输出电压*充电器电流/充电器效率)/所述输入电压≤额定输入电流。

其中，所述UPS效率和充电器效率为小于或等于1的实数。

在一个实施例中，该方法还包括根据UPS的负载情况来选择对应的输入电压下限。

在又一个方面，本发明提供了一种用于控制UPS输入电流的方法，该方法包括：

检测UPS的输入电压；

检测UPS的充电器的当前电流值；

当所述输入电压大于输入电压下限时，调整充电器电流以使得UPS输入电流基本上低于或接近额定输入电流；

其中所述调整充电器电流包括：

根据下面的公式计算与该输入电压对应的充电器电流值I：

I＝(输入电压-输入电压下限)*充电器最大输出电流/(额定电压-输入电压下限)；

判断该经计算得到的充电器电流值是否小于充电器的当前电流值，如果小于，则将充电器的电流值设置成小于或等于该经计算得到的充电器电流值。

其中，该方法还包括根据UPS的负载情况来选择对应的输入电压下限。

在又一方面，本发明提供了一种UPS控制器，包括：

电压检测单元，用于检测UPS的输入电压；

电流调整单元，响应于所述电压单元检测到所述输入电压介于输入电压下限与额定电压之间，调整充电器电流以使得UPS输入电流基本上低于或接近额定输入电流；

其中充电器电流与输入电压之间至少满足下列条件：(额定功率/UPS效率+充电器额定输出电压*充电器电流/充电器效率)/所述输入电压≤额定输入电流。

在又一个方面，本发明提供了一种UPS控制器，包括：

电压检测单元，用于检测UPS的输入电压；

电流检测单元，用于检测UPS的充电器的当前电流值；

电流调整单元，用于响应于所述电压单元检测到所述输入电压大于输入电压下限，调整充电器电流以使得UPS输入电流基本上低于或接近额定输入电流；

其中所述调整充电器电流包括：

根据下面的公式计算与该输入电压对应的充电器电流I：

I＝(所述输入电压-输入电压下限)*充电器最大输出电流/(额定输入电压-输入电压下限)；以及

判断该经计算得到的充电器电流值是否小于充电器的当前电流值，如果小于，则将充电器的电流值设置成小于或等于该经计算得到的充电器电流值。

其中，所述电流调整单元还被配置为根据UPS的负载情况来选择对应的输入电压下限。

在又一方面，本发明还提供了一种不间断电源，包括上述的UPS控制器。

本发明在输入电压发生变化的情况下，通过自适应调节充电电流来使得UPS输入电流基本上接近或低于额定输入电流，从而在现有产品规格基础上解决发热问题，同时避免增加例如输入线材物料等成本。

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为UPS结构示意图；

图2为根据本发明一个实施例的用于控制UPS输入电流的方法的流程示意图；

图3为根据本发明一个实施例的UPS电流与电压变化曲线图示意图。

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用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如上文所讨论的，当市电异常时UPS将从市电工作模式切换至电池工作模式，下文中将能保证UPS处于市电工作模式的最低输入电压称为输入电压下限。UPS的输入电压下限会随UPS负载状况的不同而改变。通常在出厂时会为UPS设备规定满载情况下的输入电压下限，那么对于其他负载情况可以确定相应的输入电压下限。例如，负载在0-39％之间时，设置输入电压下限为100V；负载在40％-69％之间时设置输入电压下限为130V；负载在70％-99％时，设置输入电压下限为150V；负载≥100％时，设置输入电压下限为170V。又例如，当负载≤50％时，设置输入电压下限为100V；负载在51％-99％之间时，设置输入电压下限与当前负载之间满足关系式：输入电压下限＝100+1.2×((当前负载-50％)×100)；负载≥100％时，设置输入电压下限为160V。以上仅是举例说明，对于不同的UPS，其不同负载情况下输入电压下限的设置方法是不同的。另外，还会为UPS设备规定额定功率、UPS效率、功率因素、输入电压范围、额定输入电压、充电器额定输出电压、充电器最大输出电流、充电器效率等参数。而UPS的额定输入电流为UPS的总有效功率与额定输入电压的比值，即额定输入电流＝(额定功率/UPS效率+充电器额定输出电压*充电器最大输出电流/充电器效率)/额定输入电压。可以看出，额定输入电压可以理解为在UPS的负载和充电器均满负荷运行情况下使得UPS输入电流达到额定输入电流的输入电压。

根据功率计算公式P＝UI(即，功率＝电压*电流)可知，在保持功率不变的情况下，当电压降低时，电流会变大。因此，在保持UPS额定功率不变(即UPS负载为额定满载)的情况下，当UPS输入电压为额定电压时，其输入电流将达到额定电流值，而当输入电压低于额定输入电压时，输入电流必然会增大，甚至会远远超过额定输入电流，从而导致输入线材和输入端器件发热。

图2为根据本发明一个实施例的用于控制UPS输入电流的方法的流程示意图。该方法包括检测UPS的输入电压，以及根据UPS输入电压的变化调整UPS内部的充电器电流，以使得即使是在满载情况下UPS输入电流也基本上能保持接近或低于额定输入电流。更具体地，在负载恒定的情况下，当输入电压介于输入电压下限与额定电压之间时，调整充电器电流以使得UPS输入电流接近或低于额定电流；其中充电器电流与UPS输入电压之间至少满足下列条件：(额定功率/UPS效率+充电器额定输出电压*充电器电流/充电器效率)/所述输入电压≤额定输入电流。其中UPS效率和充电器效率均为小于或等于1的实数，根据UPS类型不同而有所差别。

在UPS内部的充电器所需要的电流也属于UPS输入电流的一部分。实际上，忽略UPS其他损耗不提，UPS输入电流可以主要看成由负载电流和充电器电流构成。根据本发明实施例的方法在输入电压降低且负载电流增加时，通过减少充电电流来尽量使输入电流等于或小于额定电流，从而可避免电流急剧增大造成的发热状况。

为了进一步说明该方法的效果，发明人采用3千伏安UPS为例，其输入电压范围为100V-300V、功率因素为0.8PF、效率为0.9、额定功率为2400瓦特、在满载情况下UPS的输入电压的下限为160V，额定输入电压为210V、充电器额定输出电压为108V，充电器最大输出电流为7A、充电器效率为0.93。考虑到满载情况下当UPS输入电压低于额定输入电压时，其输入电流很容易就会超过额定电流。下文主要以负载为额定满载的情况进行举例说明，但并非对此进行任何限制。对于其他负载情况，只要针对该负载情况相应地适当调整输入电压下限。图3给出了该UPS的电流与电压变化曲线图。下面按照电压范围分三段对图3进行说明：

(1)输入电压低于输入电压下限

在满载情况下该UPS输入电压低于160V时为市电异常，UPS从市电工作模式切换至电池工作模式，充电器关闭，由UPS内部的电池给负载供电。从图3可以看出，在这种情况下，该UPS输入电流和充电器电流均为0A。

(2)输入电压大于额定电压

在满载情况下当UPS输入电压大于额定电压210V时，充电电流恒定为7A，而UPS输入电流开始随着电压的升高而越来越低于额定电流值。

(3)输入电压介于输入电压下限与额定电压之间

参考图3中A点，其指示在UPS负载为额定满载(即负载功率为2400瓦特)、输入电压达到额定电压210V的情况下，UPS的输入电流达到的额定电流。UPS的总功率基本上可以看成由负载功率和充电器功率构成，由此，可以通过下面公式得到输入电流值，即：

输入电流＝(负载功率/UPS效率+充电器功率/充电器效率)/输入电压公式(a)；

通过该公式(a)可以计算出A点对应的输入电流值(即额定电流)为(2400w/0.9+(108V*7A)/0.93)/210V≈16.569A，其中0.9指示UPS的效率，0.93指示充电器的效率。UPS的效率和充电器的效率视具体机型而不同，其范围通常可以在[0.9,1]之间。在该实施例中，在上述公式中采用效率因子只是为了计算更精确。当然，不考虑其他损耗的情况下，即理想状态下效率为1，则A点对应的输入电流值为(2400w+108V*7A)/210V≈15A。

参考图3中从A点至B点的虚线，当输入电压低于额定电压时，随着输入电压的降低，输入电流持续增大。当输入电压低至160V时，输入电流值增大至约21.747A，远超于额定输入电流16.569A，这无疑会引起器件和线材发热。

而根据上述的本发明的实施例的用于控制UPS输入电流的方法，例如，当检测到输入电压位于160V-210V之间时，重新设置充电器电流，该充电器电流与当前的输入电压之间满足：(额定功率/UPS效率+充电器额定输出电压*充电器电流/充电器效率)/输入电压≤额定输入电流。也就是说对于当前的输入电压而言，将其对应的充电器电流值设置为满足：

充电器电流≤(额定输入电流*输入电压-额定功率/UPS效率)*充电器效率/充电器额定输出电压(公式(b))。其结果如图3中从A点至E点之间的实线所指示的，当输入电压介于输入电压下限与额定电压之间时，采用上述本发明实施例的方法在输入电压降低时减少充电器电流，可以使得UPS的输入电流整体基本上接近或低于额定输入电流。

其中充电器的可调整范围为0A至充电器最大输出电流值。参考图3中C点，输入电压达到额定电压210V，UPS的输入电流为额定电流的情况下，充电器的电流为充电器的最大输出电流，即7A，而根据公式(b)得到的充电器电流应设置在约7A附近，即等于(16.569A*210V-2400/0.9)*0.93/108V。参考图3中D点，当输入电压降低至160V时，根据公式(b)得到充电器电流应设置约0A，(即等于(16.569A*160V-2400/0.9)*0.93/108V。当输入电压低于160V时，充电器关闭，UPS从市电工作模式切换至电池工作模式。从图3中C点至D点的线条可以看出，随着输入电压增大，增大充电电流，随着输入电压的降低，降低充电器电流，从而使得UPS输入电流即使是在满载情况下也能整体上保持在额定电流附近(如A点至E点的线条所示)。

通过上述分析可以看出，根据本发明实施例的用于控制UPS输入电流的方法通过基于输入电压的变化自适应地调整充电器电流，能有效地保持UPS输入电流基本上低于或接近额定电流，从而在现有线材规格的基础上解决了因输入电流增大而造成的发热问题，同时避免了成本增加。而且该方法方便实现，例如可以集成于现有UPS的控制逻辑或控制电路中，也可以作为单独的充电器控制逻辑来实现，或者集成于现有的UPS充电器控制逻辑中。

继续参考图3，在又一个实施例中，为使控制UPS输入电流的方法更简单，可以将图3中所示的从C点至D点之间的线段完全看成直线线段，这样在输入电压介于输入电压下限与额定电压之间，指示充电器电流的直线的斜率可由C点和D点的取值来确定，即该斜率Ratio＝充电器最大输出电流/(额定输入电压-输入电压下限)。可以将该斜率称为降额因子，这样当输入电压介于输入电压下限与额定电压之间时，可以按照下面的公式(c)来设置充电器电流，以随着输入电压降低而减少充电器电流，使UPS的输入电流即使是在满载情况下也能整体上接近或低于额定电流：

充电器电流≤(输入电压-输入电压下限)*降额因子公式(c)。

更具体地，在该实施例中，该方法包括在检测到输入电压大于输入电压下限时，根据公式(c)计算与该输入电压对应的充电器电流，如果所计算的充电器电流值小于当前的充电器电流值，则对充电器进行设置，将充电器电流值设置成等于或小于所计算的充电器电流值；否则可以保持充电器电流不变。通常可以通过UPS的控制单元或控制器来设置充电器的电流。

在本发明的又一个实施例中，提供了一种UPS控制器，该控制器包括电压检测单元和电流调整单元。其中电压检测单元监控UPS的输入电压，并且当检测到输入电压介于输入电压下限与额定输入电压之间时发出信号给电流调整单元。电流调整单元响应于收到来自电压检测单元的信号，调整充电器电流以使得UPS输入电流即使在满载情况下也能基本上接近或低于额定输入电流；其中充电器电流与UPS输入电压之间至少满足下列条件：(额定功率/UPS效率+充电器额定输出电压*充电器电流/充电器效率)/所述输入电压≤额定输入电流。

在本发明的又一个实施例中，提供了一种UPS控制器，该控制器包括电压检测单元、电流检测单元和电流调整单元。其中电流检测单元可以检查UPS充电器的当前电流值。电压检测单元检测UPS的输入电压，并且当检测到输入电压大于输入电压下限时发出信号给电流调整单元。电流调整单元响应于收到来自电压检测单元的信号，通过下面的方式调整充电器电流以使得UPS输入电流即使在满载情况下也能基本上接近或低于额定输入电流：

根据下面的公式计算与该输入电压对应的充电器电流：

充电器电流＝(输入电压-输入电压下限)*充电器最大输出电流/(额定输入电压-输入电压下限)；

如果经计算得到的充电器电流值小于当前的充电器电流值，可以将充电器的电流值设置成小于或等于该经计算得到的充电器电流值；否则可以保持充电器电流不变。

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做出的各种改变以及变化。

Claims (9)

1.一种用于控制UPS输入电流的方法，该方法包括：

检测UPS的输入电压；

当所述输入电压介于输入电压下限与额定电压之间时，调整充电器电流以使得UPS输入电流基本上低于或接近额定输入电流；

其中充电器电流与输入电压之间至少满足下列条件：(额定功率/UPS效率+充电器额定输出电压*充电器电流/充电器效率)/所述输入电压≤额定输入电流。

2.根据权利要求1所述的方法，其中所述UPS效率和充电器效率为小于或等于1的实数。

3.根据权利要求1所述的方法，还包括根据UPS的负载情况来选择对应的输入电压下限。

4.一种用于控制UPS输入电流的方法，该方法包括：

检测UPS的输入电压；

检测UPS的充电器的当前电流值；

当所述输入电压大于输入电压下限时，调整充电器电流以使得UPS输入电流基本上低于或接近额定输入电流；

其中所述调整充电器电流包括：

根据下面的公式计算与该输入电压对应的充电器电流值I：

I＝(输入电压-输入电压下限)*充电器最大输出电流/(额定电压-输入电压下限)；

判断该经计算得到的充电器电流值是否小于充电器的当前电流值，如果小于，则将充电器的电流值设置成小于或等于该经计算得到的充电器电流值。

5.根据权利要求4所述的方法，还包括根据UPS的负载情况来选择对应的输入电压下限。

6.一种UPS控制器，包括：

电压检测单元，用于检测UPS的输入电压；

电流调整单元，响应于所述电压单元检测到所述输入电压介于输入电压下限与额定电压之间，调整充电器电流以使得UPS输入电流基本上低于或接近额定输入电流；

其中充电器电流与输入电压之间至少满足下列条件：(额定功率/UPS效率+充电器额定输出电压*充电器电流/充电器效率)/所述输入电压≤额定输入电流。

7.一种UPS控制器，包括：

电压检测单元，用于检测UPS的输入电压；

电流检测单元，用于检测UPS的充电器的当前电流值；

电流调整单元，用于响应于所述电压单元检测到所述输入电压大于输入电压下限，调整充电器电流以使得UPS输入电流基本上低于或接近额定输入电流；

其中所述调整充电器电流包括：

根据下面的公式计算与该输入电压对应的充电器电流I：

I＝(所述输入电压-输入电压下限)*充电器最大输出电流/(额定输入电压-输入电压下限)；以及

判断该经计算得到的充电器电流值是否小于充电器的当前电流值，如果小于，则将充电器的电流值设置成小于或等于该经计算得到的充电器电流值。

8.根据权利要求7所述的控制器，所述电流调整单元还被配置为根据UPS的负载情况来选择对应的输入电压下限。

9.一种不间断电源，包括如权利要求5-8所述的控制器。